CN102736602A - 一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法 - Google Patents

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杨煜俊
郑栩栩
罗浩彬
何之洲
毕辉
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Abstract

本发明涉及一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，包括一台搬运机器人、两台FAGOR数控加工中心、订单管理计算机、工业控制计算机、SQLServer数据库服务器、立体物料仓库、托盘、射频卡阅读器设备、上料站和下料站、安全栅栏。订单管理计算机、工业控制计算机、SQLServer数据库服务器、两台FAGOR数控加工中心通过以太网进行组网，订单管理计算机进行机器人制造单元的订单制定，工业控制计算机控制编辑的订单到数控加工中心进行加工，能监控数控加工中心的状态、加工时间和数控加工中心加工该订单的信息。数控加工中心和搬运机器人通过24VI/O接口连接，工业控制计算机向数控加工中心发送NC程序，数控加工中心执行NC程序和搬运机器人进行通信完成托盘的装载和卸载。

Description

一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法
技术领域
本发明涉及一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法。
背景技术
面对现在产品交货期短，加工工艺复杂多变，多品种、小批量生产，对熟练工人和技术人员的过度依赖，既要满足客户要求又要节约成本，降低能耗。而且随着顾客消费多样化、个性化需求的增长，大批量、同一造型的产品将被多品种、小批量甚至单件定制的产品所替代，企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，就必须高质量、低成本、快速地生产出满足客户需求的产品。就必须摒弃原有的、固定的、刚性的制造模式和制造技术，寻求新的、柔性的制造模式和制造技术以适应多品种、中小批量的动态的市场需求。
目前国内外市场竞争日趋激烈，人力资源成本不断增加的大背景下，各大企业对如何提高产品质量和劳动生产效率，如何降低技术难度和劳动强度等难题提出来迫切的要求。
发明内容
本发明的目的在于降低机械加工的技术难度和劳动强度，提高产品质量和劳动生产效率，提供一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法。 
本发明，包括一台搬运机器人、两台FAGOR数控加工中心、订单管理计算机、工业控制计算机、SQL Server数据库服务器、立体物料仓库、托盘、射频卡阅读器设备、上料站和下料站，所述的订单管理计算机和所述的射频卡阅读器设备相连接，把托盘的编号读入到订单管理计算机上；所述的工业控制计算机、订单管理计算机、SQL Server数据库服务器和两台FAGOR数控加工中心通过以太网组成局域网。
本发明，所述订单管理计算机和工业控制计算机通过SQL Server数据库服务器进行加工数据和控制数据交互；所述工业控制计算机通过以太网与两台FAGOR数控加工中心通信，传输NC加工程序并对机床状态进行监控；所述的工业控制计算机和搬运机器人通过24VI/O接口线进行连接通信，控制搬运机器人把托盘放到指定位置的立体物料仓库上，并且搬运机器人向工业控制计算机反馈工作状态。
本发明，所述FAGOR数控加工中心通过执行NC加工程序，使用FAGOR数控加工中心的PLC控制机器人的装载和卸载。
本发明，所述搬运机器人在工业控制计算机的控制下把上料站装夹好的托盘放到立体物料仓库上，把立体物料仓库已经加工好的托盘通过搬运机器人从立体物料仓库放到下料站。
本发明，所述立体物料仓库可对库中每个位置进行位置编号，所述立体物料仓库每个位置都可以放对应的托盘，所述托盘上安装有射频卡。
本发明，所述搬运机器人可为六轴搬运机器人。
本发明，还可设置安全栅栏，将所述搬运机器人、两台FAGOR数控加工中心、立体物料仓库及上料站和下料站置于安全栅栏之中，安全栅栏配置装载自动门。
本发明，采用机器人柔性制造单元的生产方式，使得产品加工摆脱了某些关键生产工序对熟练工人的依赖，降低了由于人工疲劳所带来的一系列产品质量问题，降低了劳动强度，提高了劳动生产率。
附图说明
图1 一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建示意图。
图中：1、订单管理计算机；2、SQL Server数据库服务器；3、射频卡阅读器设备；4、以太网；5、工业控制计算机；6、24VI/O接口线； 7、路由器；8、9、FAGOR数控系统的加工中心；10、六轴搬运机器人；11、安全栅栏；12、立体物料仓库；13、上料站和下料站；14、装载自动门。
具体实施方式
参照图1，一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，包括一台搬运机器人10、两台FAGOR数控加工中心8，9、订单管理计算机1、工业控制计算机5、SQL Server数据库服务器2、立体物料仓库12、托盘、射频卡阅读器设备3、上料站和下料站13，所述的订单管理计算机1和所述的射频卡阅读器设备3相连接，把托盘的编号读入到订单管理计算机1上；所述的工业控制计算机5、订单管理计算机1、SQL Server数据库服务器2和两台FAGOR数控加工中心8，9通过以太网4组成局域网。本实施例，FAGOR数控加工中心设置为两台，可根据需要增减。
所述订单管理计算机1与SQL Server数据库服务器2通过局域网相连接，射频卡阅读器设备3把托盘号读出放到SQL Server数据库服务器2上，订单管理计算机1根据生产加工的需要通过与SQL Server数据库服务器2的数据交互制定加工订单，为订单绑定了加工的托盘和加工订单的NC程序。
所述上料站和下料站13为同一个站，把要加工的工件装夹在托盘上放到上料站，已经加工完的托盘放到下料站，每个托盘上安装有射频卡，通过射频卡阅读器设备3读取托盘号，立体物料仓库12的每个位置有位置编号，工业控制计算机5控制托盘号和位置编号的对应。
工业控制计算机5通过24VI/O接口线6和搬运机器人10相连接，工业控制计算机5控制搬运机器人10从上料站13搬运托盘放在立体物料仓库12的具体位置和把已经加工好的托盘通过搬运机器人10从立体物料仓库12放到下料站13，搬运机器人10向工业控制计算机5反馈工作状态信息。
所述工业控制计算机5通过以太网4和立式加工中心进行组网，所述的立式加工中心采用FAGOR数控系统，利用FAGOR数控系统提供的FCOM.dll库函数开发FAGOR数控系统的机器处理器，机器处理器是一个可执行程序，能被工业控制计算机调用，向FAGOR数控加工中心发送NC程序，远程启动FAGOR数控加工中心，能够向工业计算机5反馈FAGOR数控加工中心的开始加工、加工完成和异常的状态。 
FAGOR数控加工中心8，9和搬运机器人10通过24VI/O接口线6连接，硬件连接如表1、表2、表3所示，数控加工中心PLC对应的M代码的功能如表3，通过在FAGOR数控加工中心中增加PLC程序，编写NC程序实现数控加工中心向搬运机器人发送要装载的卡盘地址，要装载的托盘放在立体物料仓库的编码地址，启动机器人的信号，机器人向数控加工中心发送开始装载信号。如果一个FAGOR数控加工中心只有一个卡盘（卡盘为FAGOR数控加工中心的夹具，用于夹装工件），这样就不需要向搬运机器人发送卡盘的地址。X10、X11、X12、X13、X14组成五路信号，对这五路信号进行编码，每一个编码对应一个立体物料仓库的一个位置编码。在装载和卸载的时候，数控加工中心的主轴要停止运转并且移动到安全的位置上，自动门14要完全打开，如果数控加工中心内部的信号不能保障安全，那要增加外部传感器信号，这些传感器信号是为了保证加工运行的安全可靠。
数控加工中心在执NC程序时，先向搬运机器人发送要装载的卡盘的地址和装载的托盘放在立体物料仓库的编码地址，M115启动搬运机器人装载或者卸载，搬运机器人接收到M115信号，然后向数控加工中心发送M129信号，表示已经接收到这台数控加工中心的请求装载和卸载信号，不会响应其他数控加工中心的请求信号，当执行完成了装载或者卸载的时候，向数控加工中心发送M130信号，然后搬运机器人可以接受新的请求信号。
搬运机器人的编程方式是在线示教方式，根据在线示教编程，对机器人进行运动编程，机器人能根据数控加工中心输入进来的信号进行判断，调用不同的运动程序完成装载或者卸载。
表1、数控加工中心1和搬运机器人的硬件接线：
数控加工中心的PLC端口 搬运机器人的端口
输出端口O09 输入端口X09
输出端口O10 输入端口X10
输出端口O11 输入端口X11
输出端口O12 输入端口X12
输出端口O13 输入端口X13
输出端口O14 输入端口X14
输出端口O15 输入端口X15
输入端口 I09 输出端口Y00
表2、数控加工中心和搬运机器人的硬件接线：
数控加工中心的PLC端口 搬运机器人的端口
输出端口O09 输入端口X16
输出端口O10 输入端口X17
输出端口O11 输入端口X18
输出端口O12 输入端口X19
输出端口O13 输入端口X20
输出端口O14 输入端口X21
输出端口O15 输入端口X22
输出端口 I09 输出端口Y01
表3、数控加工中心PLC对应的M代码的功能：
M代码 数控加工中心PLC的端口 信号作用
M115、M116 O09 启动装载、卸载循环请求信号
M129、M130 I09 开始装载、卸载的通知信号
M117、M118 O10 表示装载、卸载的信号
M119、M120 O11 位置表示信号置0、置1
M121、M122 O12 位置表示信号置0、置1
M123、M124 O13 位置表示信号置0、置1
M125、M126 O14 位置表示信号置0、置1
M127、M128 O15 位置表示信号置0、置1
所述一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元没有完全采用集中控制，而是采用了递阶分布式结构，同时将递阶分布式结构的各个元素之间的协调合作延伸到了设备，增强了控制系统分布自治的能力，数控加工中心和搬运机器人实现了通信，这就会减轻工业控制计算机的负担，从而保证信息的可靠性。
所述一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建布局是采用环形的方式，搬运机器人放在中间，两台FAGOR数控加工中心、立体物料架和上料站和下料站环形布局在搬运机器人的周围，通过示教机器人使搬运机器人握爪能搬运上料站的托盘到立体物料仓库，能把立体物料仓库的托盘放到台FAGOR数控加工中心的卡盘上。这样的布局可以节省空间，也容易示教搬运机器人。

Claims (8)

1.一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，包括一台搬运机器人（10）、两台FAGOR数控加工中心（8，9）、订单管理计算机（1）、工业控制计算机（5）、SQL Server数据库服务器（2）、立体物料仓库（12）、托盘、射频卡阅读器设备（3）、上料站和下料站（13），所述的订单管理计算机（1）和所述的射频卡阅读器设备（3）相连接，把托盘的编号读入到订单管理计算机（1）上；所述的工业控制计算机（5）、订单管理计算机（1）、SQL Server数据库服务器（2）和两台FAGOR数控加工中心（8，9）通过以太网（4）组成局域网。
2.根据权利要求1所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：所述订单管理计算机（1）和工业控制计算机（5）通过SQL Server数据库服务器（2）进行加工数据和控制数据交互；所述工业控制计算机（5）通过以太网（4）与两台FAGOR数控加工中心（8，9）通信，传输NC加工程序并对机床状态进行监控；所述的工业控制计算机（5）和搬运机器人（10）通过24VI/O接口线（6）进行连接通信，控制搬运机器人（10）把托盘放到指定位置的立体物料仓库上，并且搬运机器人（10）向工业控制计算机（5）反馈工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：所述FAGOR数控加工中心（8，9）通过执行NC加工程序，使用FAGOR数控加工中心的PLC控制机器人（10）的装载和卸载。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：所述搬运机器人（10）在工业控制计算机（5）的控制下把上料站装夹好的托盘放到立体物料仓库（12）上，把立体物料仓库（12）已经加工好的托盘通过搬运机器人（10）从立体物料仓库（12）放到下料站。
5.根据权利要求1所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：所述立体物料仓库（12）可对库中每个位置进行位置编号，所述立体物料仓库（12）每个位置都可以放对应的托盘，所述托盘上安装有射频卡。
6.根据权利要求1所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：所述搬运机器人（10）为六轴搬运机器人。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：设置安全栅栏（11），将所述搬运机器人（10）、两台FAGOR数控加工中心（8，9）、立体物料仓库（12）及上料站和下料站（13）置于安全栅栏（11）之中，安全栅栏（11）配置装载自动门（14）。
8.根据权利要求4所述的一种基于以太网通信的机器人柔性制造单元的构建方法，其特征在于：设置安全栅栏（11），将所述搬运机器人（10）、两台FAGOR数控加工中心（8，9）、立体物料仓库（12）及上料站和下料站（13）置于安全栅栏（11）之中，安全栅栏（11）配置装载自动门（14）。
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