三菱機(jī)械手與觸摸屏的數(shù)據(jù)共享試驗(yàn)與研究

■陜西漢江機(jī)床有限公司 （漢中 723003） 張新寧 黨玉厚

三菱機(jī)械手與觸摸屏的數(shù)據(jù)共享試驗(yàn)與研究

■陜西漢江機(jī)床有限公司 （漢中 723003） 張新寧 黨玉厚

摘要：利用三菱機(jī)械手CRnD-700控制器的擴(kuò)展功能，與觸摸屏GT1275網(wǎng)線直連，通過機(jī)械手控制器共享數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享訪問。通過模擬交通燈來驗(yàn)證共享區(qū)數(shù)據(jù)的正確性，并將該結(jié)果推廣到多個(gè)子項(xiàng)目中，獲得了專家認(rèn)可。

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人，是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，還可以接受示教而完成各種簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作。示教過程中，機(jī)械手可依次通過工作任務(wù)的各個(gè)位置，這些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi)，在任務(wù)的執(zhí)行過程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下依次再現(xiàn)上述位置，故這種機(jī)器人的主要技術(shù)功能被稱為“可編程”和“示教再現(xiàn)”。

在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，在國(guó)家重大專項(xiàng)“五軸聯(lián)動(dòng)高速、精密可轉(zhuǎn)位刀片周邊和雙端面刃磨數(shù)控工具磨床（2010ZX04001-162）”上，機(jī)械手的主要作用就是給加工機(jī)床上、下料（小刀片），配合機(jī)床加工并將加工好的刀片進(jìn)行管理，每天加工能力在600片以上。強(qiáng)度之大難以想象。

在使用機(jī)械手的過程中，出現(xiàn)了許多不容易解決的問題。通過對(duì)加工工藝流程的改進(jìn)、程序控制邏輯的修正、機(jī)械手新功能的開發(fā)和使用，都有較好的效果。下面就三菱四軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人和觸摸屏之間的數(shù)據(jù)共享進(jìn)行論述。

所謂數(shù)據(jù)共享，就是在機(jī)械手控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)單獨(dú)開辟一塊專用區(qū)域，機(jī)械手控制器將機(jī)械手的操作數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)區(qū)，而觸摸屏（簡(jiǎn)稱GOT）從存儲(chǔ)區(qū)取得相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過簡(jiǎn)單的處理，將機(jī)械手的狀態(tài)以信息顯示的方式在GOT屏上顯示出來。反之，GOT屏上設(shè)置的數(shù)據(jù)寫入共享區(qū)，機(jī)械手控制通過相應(yīng)指令讀取設(shè)置信息，根據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)情況進(jìn)行程序操作，使得機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的交互操作。

1. 三菱機(jī)械手控制器CRnD-700與三菱觸摸屏GT1275（以下簡(jiǎn)稱GOT）之間連接

由于三菱機(jī)械手控制器和三菱觸摸屏都支持網(wǎng)絡(luò)連接，因此只需要通過一根平行網(wǎng)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接即可。所說的平行網(wǎng)線就是通常的通用網(wǎng)線，不需要特別制作。連接圖如圖1所示。

圖1　機(jī)械手控制器與GT1275的連接

2.三菱機(jī)械手控制器數(shù)據(jù)區(qū)域的構(gòu)成

三菱機(jī)械手控制器數(shù)據(jù)區(qū)域包括用戶數(shù)據(jù)區(qū)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)。在用戶數(shù)據(jù)區(qū)中，機(jī)械手控制器基本配置為：Input 0～95，Output 0～95；擴(kuò)展I/O地址：Input 96～511，Output 96～511。

如果需要使用控制器的共享擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)域，就必須設(shè)置控制器參數(shù)“IQMEM”。擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)?.5K字（每個(gè)字為16位二進(jìn)制數(shù)）。當(dāng)然需要三菱機(jī)械手生產(chǎn)廠家增加擴(kuò)展協(xié)議和擴(kuò)展模塊（見圖2、圖3）。

訪問共享存儲(chǔ)區(qū)域，共享地址是以偏移地址模式進(jìn)行操作的。機(jī)械手控制器的輸入地址對(duì)應(yīng)于GOT的輸出地址，機(jī)械手控

制器的輸出地址對(duì)應(yīng)于GOT的輸入地址。

在觸摸屏中訪問地址是十六進(jìn)制地址，而在機(jī)械手控制器中僅可以采用十進(jìn)制地址偏移，也可以采用十六進(jìn)制地址偏移（見表1）。

圖2　輸入數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)區(qū)地址影射

圖3　輸出數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)區(qū)地址影射

表1

在操作共享數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)，特別要注意，機(jī)械手保留了許多專用數(shù)據(jù)區(qū)，訪問時(shí)不能隨便亂用，防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)造成系統(tǒng)出現(xiàn)問題。當(dāng)然，用戶只能操作具有R/ W屬性的數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)。

由于專項(xiàng)中使用的是標(biāo)配的水平多關(guān)節(jié)機(jī)械手及控制器系統(tǒng)，不帶擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，因此數(shù)據(jù)共享區(qū)只能使用0～511的輸入/輸出地址，在試驗(yàn)中共享數(shù)據(jù)區(qū)使用了偏移地址為256開始的IO地址，即輸入地址為256～271、272～287、288～303三個(gè)雙字節(jié)地址（每個(gè)雙字節(jié)占16位IO點(diǎn)），作為觸摸屏上設(shè)置數(shù)據(jù)的共享區(qū)；輸出地址為256～271的一個(gè)字節(jié)地址作為觸摸屏上顯示數(shù)據(jù)的共享區(qū)。

3. 三菱機(jī)械手控制器常用指令介紹

三菱機(jī)械手控制器的編程語言是MELFA BASIC Ⅴ。類似于BASIC的語言結(jié)構(gòu)，其中有許多和BASIC完全相同的指令，但用法有些又完全不同，又增加了許多專用的指令。在此對(duì)一些常用的指令作功能簡(jiǎn)要說明。

M_In(16)（ 機(jī)械手控制器的輸入口，其中16表示輸入口地址為第17個(gè)輸入點(diǎn)。）

M_Inw(10000+16*16) （ 機(jī)械手控制器的共享輸入口，表示輸入口地址為第10000個(gè)輸入點(diǎn)開始的第16個(gè)雙字節(jié)地址（每個(gè)字節(jié)8位），相當(dāng)于機(jī)械手的輸入口M_ Inw256一個(gè)雙字節(jié)的地址。）

M_Inw(10000+16*16)（指令和M_Inw256使用效果相同。）

M_Out(16) （機(jī)械手控制器的輸出口，其中16表示輸出口地址為第17個(gè)輸出點(diǎn)。）

M_Outw(10000+16*16) （機(jī)械手控制器的共享輸出口，表示輸出口地址為第10000個(gè)輸出點(diǎn)開始的第16個(gè)雙字節(jié)地址，相當(dāng)于機(jī)械手的輸出口M_Outw256一個(gè)雙字節(jié)的地址。）

M_Outw(10000+16*16)（指令和M_Outw256使用效果相同。）

DLY 1（表示延時(shí)1s。）

While <條件>…… Wend（程序循環(huán)指令，當(dāng)條件滿足時(shí)執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)指令。）

Select <條件>（執(zhí)行滿足條件的程序塊。）

Case

Case else

End select

Break（強(qiáng)行跳出循環(huán)體。）

If <條件> then <地址>（程序控制指令，根據(jù)條件判斷進(jìn)行程序跳轉(zhuǎn)。）

M1=10（賦值語句。）

Hlt（機(jī)械手程序停止。）

當(dāng)然，三菱機(jī)械手控制器還包含有其他的指令，例如關(guān)節(jié)插補(bǔ)指令Mov，直線插補(bǔ)MVS，碼垛運(yùn)算def plt,plt，以及子程序Gosub和子程序調(diào)用Callp等指令，由于在下面的事例程序中沒有用到，不再一一介紹。

4. 共享數(shù)據(jù)操作和編程流程框圖

本事例是模擬交通紅綠燈功能控制，動(dòng)作如下：?jiǎn)?dòng)機(jī)械手程序，三個(gè)燈滅。紅燈亮，延時(shí)10s后，紅燈滅；黃燈亮，延時(shí)3s后，黃燈滅；綠燈亮，延時(shí)10s后，綠燈滅；循環(huán)上述工作過程。

GOT的界面設(shè)置：在GOT上制作一個(gè)數(shù)據(jù)顯示框（模擬顯示紅黃綠三個(gè)燈等待時(shí)間），三個(gè)數(shù)據(jù)輸入框（設(shè)置紅黃綠三個(gè)燈點(diǎn)亮?xí)r間）和三個(gè)指示燈（分別代表紅、黃、綠三個(gè)交通燈），具體設(shè)置如表2所示。

機(jī)械手控制紅綠燈的程序流程框圖如圖4所示。

表2

圖4　機(jī)械手控制紅綠燈的程序流程框圖

5. 模擬交通紅綠燈功能控制程序清單

根據(jù)圖4所示，編制機(jī)械手控制器控制程序。

在機(jī)械手在線程序中新建一個(gè)程序，文件名為1.MB5。機(jī)械手控制程序清單如下：

‘=================

‘交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)(Traffic lights)

‘=================

M_Out(16)=0‘red light

M_Out(17)=0 ‘yellow light

M_Out(18)=0 ‘green light

mSetTimes=5'設(shè)置程序執(zhí)行次數(shù)，中間變量。文檔中沒有說明的 m… 均為中間變量。

M1=0

M3=0'選擇點(diǎn)亮哪個(gè)燈0=紅燈，1，3=黃燈，2=綠燈

'mRed_Delay=M_Inw(10000+16*16)'觸摸屏上設(shè)置紅燈點(diǎn)亮?xí)r間（本行在機(jī)械手上測(cè)試時(shí)要用，保留）

'mYellow_Delay=M_Inw(10000+16*17)'黃燈點(diǎn)亮?xí)r間

'mGreen_Delay=M_Inw(10088+16*18)'綠燈點(diǎn)亮?xí)r間

mRed_Delay=10

mYellow_Delay=3

mGreen_Delay=10

*NextLoop:'程序循環(huán)跳轉(zhuǎn)地址

mCur_Delay=0

M3=M1 mod 4

SelectM3

Case 0

M_Out(16)=1 '紅燈點(diǎn)亮

M_Out(17)=0 '黃燈

M_Out(18)=0 '綠燈

M2=mRed_Delay

While mCur_Delay

Dly 1

M2=M2-1

M_Outw(10000+16*16)=M2

mCur_Delay=mCur_Delay+1

WEnd

M_Out(16)=0

Break

Case 1，3

M_Out(16)=0 ‘紅燈

M_Out(17)=1 ‘黃燈點(diǎn)亮

M_Out(18)=0 ‘綠燈

M2=mYellow_Delay

While mCur_Delay

Dly 1

M2=M2-1

M_Outw(10000+16*16)=M2

mCur_Delay=mCur_Delay+1

WEnd

M_Out(17)=0

Break

Case 2

M_Out(16)=0 ‘紅燈

M_Out(17)=0 ‘黃燈

M_Out(18)=1 ‘綠燈點(diǎn)亮

M2=mGreen_Delay

While mCur_Delay

Dly 1

M2=M2-1

M_Outw(10000+16*16)=M2

mCur_Delay=mCur_Delay+1

WEnd

M_Out(18)=0

Break

End Select

M1=M1+1

If M1

*EndLamp:

M_Out(16)=0

M_Out(17)=0

M_Out(18)=0

Hlt

6. 交通燈控制程序的模擬運(yùn)行結(jié)果

打開機(jī)械手控制器的監(jiān)視菜單下的信號(hào)監(jiān)視，查看通用信號(hào)的狀態(tài)變化；在調(diào)試模式下打開程序1.MB5，按控制面板上的執(zhí)行鍵，可以看到如下的運(yùn)行結(jié)果：

紅燈亮如圖5所示。

圖5

黃燈亮如圖6所示。

圖6

綠燈亮如圖7所示。

圖7

7. 機(jī)械手上的程序測(cè)試

更改上面的程序，使程序變?yōu)椋?/p>

mRed_Delay=M_Inw(10000+16*16)（紅燈點(diǎn)亮?xí)r間，在機(jī)械手上測(cè)試時(shí)要用）

mYellow_Delay=M_Inw(10000+16*17)（黃燈點(diǎn)亮?xí)r間）

mGreen_Delay=M_Inw(10088+16*18)（綠燈點(diǎn)亮?xí)r間）

（mRed_Delay=10）

（mYellow_Delay=3）

（mGreen_Delay=10）

在觸摸屏上設(shè)置三個(gè)燈的點(diǎn)亮?xí)r間后，將機(jī)械手控制器上的鑰匙開關(guān)扳到自動(dòng)方式，選擇執(zhí)行程序1.MB5，按程序啟動(dòng)鍵運(yùn)行程序，可以看到程序運(yùn)行結(jié)果：三個(gè)指示燈循環(huán)變化狀態(tài)。結(jié)果表明，完全模擬了交通紅黃綠的控制，證明試驗(yàn)是完全成功的，達(dá)到了預(yù)期的效果。

8. 試驗(yàn)結(jié)果的推廣應(yīng)用

通過上面的成功試驗(yàn)，在國(guó)家重大專項(xiàng)“五軸聯(lián)動(dòng)高速、精密可轉(zhuǎn)位刀片周邊和雙端面刃磨數(shù)控工具磨床（2010ZX04001-162）”上有許多典型的擴(kuò)展應(yīng)用，例如邦納相機(jī)照相數(shù)據(jù)、三菱觸摸屏操作數(shù)據(jù)、上位機(jī)PC控制數(shù)據(jù)、發(fā)格(Fagor)數(shù)控系統(tǒng)8070的PLC接口數(shù)據(jù)、程序控制數(shù)據(jù),全部通過一個(gè)由路由器組成的局域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饺鈾C(jī)械手的共享數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)通過觸摸屏來顯示信息，控制其他可操作的動(dòng)作，例如氣閥、液壓缸、料庫升降及料盤出入庫等動(dòng)作，取得了良好的配合動(dòng)作。這些技術(shù)的應(yīng)用，在重大專項(xiàng)項(xiàng)目驗(yàn)收的過程中，得到了專家的好評(píng)。

* “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家重大科技專項(xiàng)基金項(xiàng)目（2010ZX04001-162）

收稿日期：（20150214）