機器人碼垛控制系統(tǒng)設計與自動抓手研制

周 皓，薛 炎

（1.蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 太倉215411；2.蘇州德斯米爾智能科技有限公司，江蘇 太倉215411）

由于計算機技術(shù)的發(fā)展，以及機器人技術(shù)和人工智能控制技術(shù)的成熟，日本，德國，美國，瑞典，意大利，韓國這些國家，在很多碼垛機器人的發(fā)展上進行了許多深入的研究，且都研發(fā)出了屬于本國的碼垛機器人。反觀中國，碼垛機器人的研制和推廣遭受到各方因素的限制與阻礙，發(fā)展相較于國際十分緩慢，科研水平和推廣狀況都不容樂觀。自從邁入二十世紀八十年代，深化的對外開放和對內(nèi)改革，越發(fā)促進了中國碼垛機器人研究水平的提升。機器人在如今已經(jīng)成為社會工業(yè)生產(chǎn)生活中必不可少的一部分。用于企業(yè)生產(chǎn)和國防用途的機器人研究，門檻相當?shù)母摺Ｄ壳埃瑱C器人產(chǎn)業(yè)化最發(fā)達的領(lǐng)域在兩個方面——工業(yè)生產(chǎn)和軍事。在上面的兩個領(lǐng)域，中國的基礎(chǔ)很不扎實，與它有關(guān)的大部分基礎(chǔ)設備都不完善，而且研制風險性也相當大。成本、市場規(guī)模、技術(shù)含量、用途、國際競爭等因素都從各個方面綜合影響著機器人研發(fā)的成敗。

本文研究的是如何利用已有的庫卡機器人來完成箱體的搬運工作。首先需要熟悉庫卡機器人的原理，并可以熟練掌握機器人的操作方法，接著，依照現(xiàn)有條件，設計出箱體、自動抓手和連接環(huán)節(jié)。然后將這些硬件組裝到機器人上，完成硬件方面的設計和安裝。之后就要熟悉機器人的通訊配置方法和程序編輯模式，這樣便可以完成通信和編程，從而達到搬運箱體的要求。

1 方案設計

1.1 運行流程

機器人箱體搬運系統(tǒng)的運行流程如圖1 所示。

圖1 機器人箱體碼垛系統(tǒng)的運行流程圖

2 工藝流程

在機器人箱體碼垛系統(tǒng)設計過程中，首先要分析設計要求、機器人工作臺、通信協(xié)議、現(xiàn)場總線等。另外還包括箱體、自動抓手和連接環(huán)節(jié)，以及軟件上的運行程序等設計。自動抓手的制作分為以下幾個步驟：設計自動抓手→依照原理設計草圖→繪制抓手零件設計草圖→依據(jù)草圖制作抓手零件→拼裝零件得到完整抓手。接著就要根據(jù)抓手根部的孔型和機械臂頭部的孔型制作連接部件，然后將自動抓手連接到機器人上。完成硬件準備工作后，就要考慮軟件的設計，學習編程軟件的使用方法后，就可以完成I/O 配置和編輯程序，機器箱體碼垛系統(tǒng)的工藝流程如圖2 所示。

圖2 機器人小箱體碼垛系統(tǒng)的工藝流程圖

3 硬件和軟件設計

3.1 基本硬件配置

根據(jù)控制要求本系統(tǒng)的主體部分是由庫卡機器人組成，庫卡機器人則是有主機箱、KRC2 控制器、庫卡控制面板、外接輔助設備這幾大組成部分。前三項設備都是實驗室本身具備的。而最后的輔助設施就是課題需要設計的自動抓手以及抓手與機器人連接的中間環(huán)節(jié)。在外部各設備準備完成后，就需要選擇合適本研究要求的端子模塊。

3.2 I/O 配置

使用DeviceNet 協(xié)議進行通訊從而找到“操作員”目錄下進行配置I/0。（1）輸入信號

Inw0=1，0，x30;1 as MACID

（2）輸出信號

Outw0=1，0，x10

（1）、（2）兩步完成后，即表明I/O 配置完成。

I/O 配置信號說明如圖3 所示。

圖3 I/O 配置信號說明

3.3 電氣原理圖

電氣原理圖如圖4 所示。

圖4 庫卡機器人電氣原理圖

機器人工作原理如圖5 所示。

圖5 庫卡機器人工作原理圖

（1）KCP：庫卡控制面板。總體控制裝置。

（2）MFC：多功能卡。

（3）X11：電子安全回路接口。

（4）KPS：驅(qū)動總線電力部件。

（5）ESC-C1：電子安全回路[9]。

4 實驗結(jié)果與質(zhì)量檢測

實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表4.1 所示。

表4.1 箱體拆解檢測結(jié)果

從表4.1 中可知箱體在第二部分的拆解階段的試驗結(jié)果是滿足要求的。其中出現(xiàn)的較大誤差是由于碰撞造成箱體產(chǎn)生形變從而導致其偏離標準位置的幅度較大。但它們?nèi)匀辉谡n題的要求內(nèi)。所以實驗是成功的。

5 結(jié) 語

本文以庫卡機器人作為硬件基礎(chǔ)，通過Device Net 現(xiàn)場總線進行通訊配置以實現(xiàn)信號傳輸，控制機械抓手來實現(xiàn)搬運行為。這就提供了了安全可靠的箱體搬運控制系統(tǒng)，提高了工作效率，滿足了本課題的需求。本課題的關(guān)鍵就在于Device Net 現(xiàn)場總線在機器人通訊中的運用。

庫卡機器人作為一種先進的工業(yè)機器人，可以滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)需求，同時它的操作方法也比較容易掌握。相信在不久的將來，搬運機器人的發(fā)展會使本系統(tǒng)更加可靠、簡便。從而得到大眾廣泛的認可。