ABB IRB660机器人在粮油食品饮料行业中的应用

1  概述

此案例重点在于介绍机器人堆垛系统，用以完成12条低速生产线与10条高速生产线输出牛奶箱的堆垛工作。

在方案中，从客户对堆垛系统的具体要求出发，在介绍了堆垛系统各组成部分之后，对该系统的工作原理与流程进行了阐述，最后对重要组成部分的性能指标作了简单的描述。

2 基本信息

2.1 成品码盘设计

成品高架库内承载托盘的规格：(W)1000mm(L)1200mm(H)150mm

2.2 含托盘货物最高1350mm

2.3 成品牛奶箱规格

低速生产线牛奶箱规格有两种，其外形尺寸分别为：

(1) (W)200mm(L)353mm(H)116mm

(2) (W)235mm(L)240mm(H)143mm

经过综合考虑，分别为两种规格的牛奶箱设计垛形，如图1-2所示。

图1 牛奶箱(1)的垛形

高度： 1350mm（含托盘）

重量：约6-8kg/箱， 15箱/层，共10层，约900-1200Kg(不含托盘)

数量：150件

图2 牛奶箱(2)的垛形

高度： 1350mm（含托盘）

重量：约6-8kg/箱， 15箱/层，共8层，约720-960Kg(不含托盘)

数量：150件

高速生产线牛奶箱的规格有一种，其外形尺寸为：

(W)204mm(L)340mm(H)116mm

同样为该规格的牛奶箱设计垛形，如图3所示。

图3 高速生产线牛奶箱的垛形

高度：1350mm（含托盘）

重量：约6-8kg/箱， 共10层，约900-1200Kg(不含托盘)

数量：150件；

3 方案描述

3.1产量为843箱/小时10条生产线上的堆垛机器人系统,使用ABB机器人来进行操作

·本方案中共配五套机器人堆垛系统，每台机器人处理两条生产线上的输出牛奶箱。

·机器人堆垛系统由两条牛奶箱输入传送带，两条托盘输出传送带，IRB6600-2.8/175机器人配备底座以及夹具等组成。

·输入传送带的控制系统每次输入六个牛奶箱并定位，以供机器人进行堆垛。 

·机器人采取一抓一放或一抓二放的方式，每次从输入传送带上吸取或抓取六个牛奶箱；并放置在相应输出传送带相应的位置上；

·具体工作流程：

a.   输入传送带将牛奶箱输入定位，并由总控PLC通知机器人牛奶箱到位;

b.输出传送带将托盘输入定位，并由总控PLC通知机器人输出托盘到位;

c.机器人到牛奶箱输入位置吸取或抓取牛奶箱，完成吸取或抓取牛奶箱后通知总控PLC牛奶箱已吸走或抓走;

d.总控PLC通知输入传送带输入新牛奶箱;

e.机器人根据垛型要求将吸取或抓取的牛奶箱摆放在输出托盘上;

f.如一垛牛奶箱完成堆垛后，机器人将通知总控PLC托盘堆垛完成；

g.总控PLC将通知输出传送带送走完成堆垛的满托盘并输入新空托盘。

h.关于非满垛情况机器人堆垛情况说明和分析：

当牛奶箱输入传送带输入最后一个同品种牛奶箱时，待此牛奶箱到位后，总控PLC通知机器人此为最后的牛奶箱，并通知机器人此次抓取几个牛奶箱。机器人在堆完此次牛奶箱后，通知总控PLC堆垛完毕，总控PLC通知托盘传送带，将堆垛完毕的托盘送走并送入新的空托盘。

·如堆垛过程中产生意外情况，如机器人吸取或抓取牛奶箱失败，机器人未完成工作托盘即被送走等情况，机器人将立即停止工作并等待人工诊断处理。

·循环时间分析：根据此种工作方式，如每次抓取或吸取六箱，每台机器人每小时约完成1800个牛奶箱的堆垛工作，五台机器人每小时约完成9000个牛奶箱的堆垛工作。（不含等待传送带将牛奶箱或托盘运输到位或移走的时间。）

3.1.1 平面图

3.2产量为500箱/小时12条生产线上的堆垛机器人系统

·本方案中共配四套机器人堆垛系统，每台机器人处理三条生产线上的输出牛奶箱。

·机器人堆垛系统由三条牛奶箱输入传送带，三条托盘输出传送带，IRB6600-2.8/175机器人配备底座以及夹具等组成。

·输入传送带的控制系统每次输入五个或六个牛奶箱并定位，以供机器人进行堆垛。 

·机器人采取一抓一放或一抓二放的方式，每次从输入传送带上吸取或抓取五或六个牛奶箱；并放置在相应输出传送带相应的位置上；

·具体工作流程：

a.   输入传送带将牛奶箱输入定位，并由总控PLC通知机器人牛奶箱到位;

i.输出传送带将托盘输入定位，并由总控PLC通知机器人输出托盘到位;

j.机器人到牛奶箱输入位置吸取或抓取牛奶箱，完成吸取或抓取牛奶箱后通知总控PLC牛奶箱已吸走或抓走;

k.总控PLC通知输入传送带输入新牛奶箱;

l.机器人根据垛型要求将吸取或抓取的牛奶箱摆放在输出托盘上;

m.如一垛牛奶箱完成堆垛后，机器人将通知总控PLC托盘堆垛完成；

n.总控PLC将通知输出传送带送走完成堆垛的满托盘并输入新空托盘。

o.关于非满垛情况机器人堆垛情况说明和分析：

当牛奶箱输入传送带输入最后一个同品种牛奶箱时，待此牛奶箱到位后，总控PLC通知机器人此为最后的牛奶箱，并通知机器人此次抓取几个牛奶箱。机器人在堆完此次牛奶箱后，通知总控PLC堆垛完毕，总控PLC通知托盘传送带，将堆垛完毕的托盘送走并送入新的空托盘。

·如堆垛过程中产生意外情况，如机器人吸取或抓取牛奶箱失败，机器人未完成工作托盘即被送走等情况，机器人将立即停止工作并等待人工诊断处理。

·循环时间分析：根据此种工作方式，对于牛奶箱（1）的垛形，每次抓取或吸取六箱，每台机器人每小时约完成1800个牛奶箱的堆垛工作，四台机器人每小时约完成7200个牛奶箱的堆垛工作。（不含等待传送带将牛奶箱或托盘运输到位或移走的时间。）对于牛奶箱（2）的垛形，每次抓取或吸取五箱，每台机器人每小时约完成1700个牛奶箱的堆垛工作，四台机器人每小时约完成6800个牛奶箱的堆垛工作。（不含等待传送带将牛奶箱或托盘运输到位或移走的时间。）

3.2.1 平面图

3.3 机器人IRB6600-2.8/175性能指标及参数

·本体部分：

手腕持重： 175 kg

最大臂展半径：2.8m

轴数：6轴

重复定位精度：0.1mm

防护等级：       IP67

轴运动：轴 动作范围    最大速度

1  回转+180至-180100/s

2  立臂+ 85至- 65 90/s

3  横臂+ 70至-180 90/s

4  腕        +300至-300150/s

5  腕摆+120至-120120/s

6  腕传+360至-360190/s

电源：3相四线 400V(+10%，-15%)， 50Hz

耗电量：8.5 KVA 

机器人尺寸：      底座：1136 x 850mm

机器人重量：1,780kg

环境温度：5C- 50C

最大湿度：95%

最大噪音： 73dB(A)

·IRC5控制柜

控制硬件：                     多处理器系统

                               总线结构

                               奔腾CPU

                               闪存(128M)

                              20s UPS 备份电源

控制软件：BaseWare 5.0 机器人操作系统

                              强大的RAPID编程语言

                              PC-DOS文本格式

                              软件出厂预装，并存于光碟

电源：3相400V(+10%，-15%)， 48.5～61.8Hz

耗电量：               8.5KVA

控制柜尺寸：850700700 mm

控制柜重量：最大250kg

环境温度：5C- 45C 

最大湿度：95%

防护等级：IP54

操作面板：控制柜上

编程单元：便携式示教盒，具备操纵杆和键盘

                彩色触摸式显示，具中、英文菜单选项

安全性：紧急停止，自动模式停止，测试模式停止等

输入输出：数字式直流24V， 16进/16出， 输入输出板

3.4  机器人系统工作的部分要求

·与安装有关的土建参数

              厂房净高：>4.5米

             地基要求：

 以上参数不含机器人底座，土建方应再考虑机器人底座重量。

·工件(牛奶箱)的参数要求

牛奶箱表面须平整，无皱褶，无不适合真空吸附的封箱材料。

牛奶箱尺寸：参见基本信息

牛奶箱重量： 8kg

·夹具的真空系统对真空有关参数的要求：

压缩空气：≥6 bar

耗气量：1500升/分.机器人（如夹取式为700升/分）

空气质量：3级 DIN ISO 8673-1

粉尘直径：< 0.005mm

粉尘含量：< 5mg/m³

油污含量：< 1mg/m³

露点：-20度