0 引言
机器人搬运生产线以多元化自由度机器人为核心，配置传送带用于物件搬运、传送等工作。在传送带上，工件需按照一定速度传递到机器人搬运范围，机器人针对工件大小自身合理调整，抓取工件，放置工件[1 ] 。因此，系统需找到最佳的调度策略，确保机器人搬运生产线长期运作中投入成本最小，减轻维护负担。
1 机器人搬运生产线物理模型
机器人搬运生产线需包含机器人、传送带、相机等。传送带均匀运行，并载有随机分布的工件。机器人处于传送带一端，机器人法兰盘设置多个抓手，抓取工件，机器人一侧放置成品库，储存工件，相机位于机器人抓取前端部位，将工件信息传递给机器人，示意图如图1所示。
图1 机器人八云生产线示意图
机器人捡取工件，等待并放置。捡取工件后，抓手余量减1，机器人在工作范围固定点捡取工件（捡取点），将抓手上的工件放入成品库，之后，抓手持件量为0。在等待动作中，机器人不捡取工件，也不放置工件。
机器人搬运生产线在各决策时针对抓手余量及工件位置判断执行动作，完成执行后回到捡取点，进行下次决策。若抓手余量为0，则机器人不进行捡取操作，具体操作流程图如图2所示。
机器人捡取工件、放置工件，都会产生一定经济价值，相当于人工的报酬。若工件从传送带流失，则系统需付出代价。机器人运作中消耗能量，捡取、放置也消耗能量，对机器人自动化生产线调度，需尽可能减少机器人在生产线上消耗的代价。
图2 机器人搬运生产线工作流程示意图
2 机器人自动化生产线实验平台设计
为对机器人自动化生产线进行科学模拟，文章设计自动化生产线实验平台，由机器人、传送带、视觉系统、气路系统及人机交互系统共同组成[2 ] 。各个实验平台系统有自身控制器，生产流程中，不同设备需完成自身操作，并和其他设备进行交互，以协同控制系统指导设备间的交互。因此，需设计不同实验平台的协同控制系统及监视系统。
2.1 实验平台整体设计
2.1.1 平台布局
沿同一方向设计三条传送带，编号1、2、3。传送带载有水平向右运动的工件，传送带一侧放置机器人，机器人手臂安装四个由气缸和吸盘构成的气动抓手，抓取工件。机器人安装台还设计有代加工工件放置区域和加工好的放置库。
传送带上游设计光电感应设备和相机，工件向下游运动的，光感设备接收到信号，触发相机拍照，相机自身进行算法分析，处理工件位置信息，传递给下游机器人。
2.1.2 工作模式
工作模式分为调试、自动两种。调试模式可以控制面板按钮、触摸屏手动控制操作；自动模式下，由PLC系统支持的生产线自动工作，自动模式分为捡取加工和自动循环演示两种格式，具体工作模式如图3所示。
如图3所示，平台捡取加工，传送带光杆设备检测到工件，触发相机拍照，相机以算法分析获取工件位置信息，传递给机器人，机器人根据工件信息，制定捡取和加工策略，落实捡取加工。机器人捡取后，将工件放入缓存库，加工时从缓存库取出工件加工，加工后放入成品库，完成加工。但是，该自动化模式需人工给给料机添加加工料。
实验平台自动循环演示模式下，机器人针对工业相机提供的工件信息，完成工件捡取，按照策略决定下一工件是否捡取。机器人放置工件中，传送带光电感应设备检测到载件盒到位，机器人放置工件，继续工作。之后载件盒运动一个循环，机器人从中拿出工件，循环此步骤[3 ] 。
图3 实验平台自动工作模式格式一
2.2 实验平台构成
机器人自动化生产线平台由机器人、传动带、视觉系统、气路、人机交互组成，机器人主要是捡取、加工、放置工件。传送带系统负责一条或多条传送带运行。视觉系统则通过相机、可调光源、光电传感设备组成。气路主要是空气压缩机、调压阀、电磁阀、气缸、吸盘等组成气路系统。人机交互由PLC、触摸屏、按钮、指示灯、电表等组成。
在此平台上，人际交互是核心，PLC对设备集成控制，接收传感器、电磁阀各种由服务控制系统联动控制。系统通过以太网实现视觉系统和机器人通信，实现实时监控。智能化系统由监控摄像、刻录机、红外传感器温度传感器等组成。通过红外传感器和温度传感器，可避免工人作业被机器人误伤。
2.3 机器人系统
机器人分为以下几个部分：
①机械系统：主要是机器人的机械系统，包含不同机械臂、关节，确保可完成对工件的精准定位、抓取、放置。机器人通过伺服电机实现定位跟踪，配合气缸驱动机器人。②机器人控制器：通过专业编程，控制机器人不同运动轨迹、实现监控、通讯等操作。③坐标滑台：由伺服电机驱动两个轴，完成十字坐标滑台，将工件从不同传送带上移动。④抓手：以真空吸盘紧紧吸取工件，完成捡取和放置工作。
机器人通过控制器、示教单元、通讯板卡、参数输出板卡、外部电线电源等驱动并控制。
2.4 传送带输送系统
为满足实际工业需求，往往采用多条传送带完成工件加工，在这里假设有三条传送带。三条传送带并列，实现工件的两个循环。
第一条、第二条传送带连接伺服电机，实现精准定位。光电传感器和传送带并列配置，阻挡光电传感器可发出信号，识别传送带上物品。气动推杆也是传送带输送系统中重要组成，以气缸推动推杆，驱动载件盒移动，将其从不同传送带上切换。
2.5 视觉系统
主要由以下几部分组成：首先是工业照相机，线路上光电传感器出发照相机，照相机拍照，通过以太网将信息传递给机器人，完成对工件和载件盒的定位，将精确的坐标和角度输入到机器人系统中。此外，若发生异常事件，管理人员可以操作触摸屏，找到历史照片，观察工件是否在加工前就出现残缺，为处理异常事件提供有力支持。
再者，是茶色玻璃框，选择茶色玻璃框，减少光对照相效果的影响，通过绿光，减少外界光线对照相的干扰。
最后，光源控制单元是减少图片阴影的控制单元，可使图片更加清晰，坐标和角度更加精确。
2.6 气路系统
气路系统主要由空压机为支持，共6个气缸和8个吸盘实现气动控制。气缸为双向气缸，以电磁阀实现气流换向。真空吸盘为为机器人抓手及坐标机器人抓手处吸盘，真空发生器提供负压，发生器集成真空开启阀、破坏阀、真空压力开关，确保真空压力稳定。机器人气缸通过铝板固定，薄板连接机器人法兰盘。
2.7 人机交互集中控制系统
人际交互的系统是专业技术人员对实验平台的控制，人机交互系统由PLC系统、触摸屏、按钮、指示灯、电表等设备系统组成，人机交互系统主要集中在控制柜中，操作人员可以通过按钮、触摸屏，对产线不同设备人工调试，或改变其运行的某项参数。自动化控制模式下，PLC程序按照编程内容控制生产线自动化运行。
PLC的自动控制模式是系统核心，属集成控制器，控制设备上电、断电、运行、停止。服务器以以太网实现视觉系统和机器人的联系，对系统运行动态监督。
3 结束语
综上所述，机器人生产线生产模式和传统生产线模式有较大区别，为保证更好的发挥机器人生产线生产模式优势，需对其进行详细分析，文章提出基于机器人搬运生产线的实验平台设计，介绍组成平台的各个子系统，了解机器人自动化生产线实验平台及工作流程，为相应的机器人产线设计工作开展提供有力参考。
参考文献：
[1 ] 张欣，叶家炜.基于PLC的实验教学机器人FAS生产线的设计与实现[J ] .深圳职业技术学院学报，2018（1）：18-22.
[2 ] 姚江云.基于工业机器人的药品包装线支架搬运控制系统设计[J ] .工业控制计算机，2018，31（12）：104-105.
[3 ] 郝建豹，许焕彬，林炯南.基于RobotStudio的多机器人生产线仿真设计[J ] .组合机床与自动化加工技术，2017（11）：127-130.
[4 ] 郝建豹，林炯南，许焕彬.基于多机器人的虚拟陶瓷盘类生产线设计与仿真[J ] .机电工程技术，2017，46（10）：77-81.
[5 ] 佚名.串联关节工业机器人高速搬运控制系统实验平台的开发[J ] .智库时代，2018，148（32）：222-223.
