基于六軸驅(qū)動機(jī)器人的智能控制與實(shí)現(xiàn)

高婷婷

（濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南，250200）

1 工業(yè)機(jī)器人的工作原理

工業(yè)機(jī)器人主要由六部分組成，它們分別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)。

由圖1可知，工業(yè)機(jī)器人基本組成結(jié)構(gòu)中，人機(jī)交互系統(tǒng)是是人與機(jī)器人信息交互的窗口，控制系統(tǒng)是六個(gè)軸的位資手臂運(yùn)算單元，軟件系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能為機(jī)器人傳送相應(yīng)的指令，驅(qū)動系統(tǒng)是對伺服電機(jī)的控制，是機(jī)械手臂運(yùn)動的動力源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人本體，是實(shí)現(xiàn)要求功能的最直接部件，感知系統(tǒng)對機(jī)器人執(zhí)行動作進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)報(bào)錯(cuò)。通過以上介紹可知，要想機(jī)器人執(zhí)行某一功能，首先通過軟件系統(tǒng)將指令傳送給機(jī)器人，繞后通過人機(jī)交互系統(tǒng)，對于程序中特定的點(diǎn)進(jìn)行示教，使用手操作器使用直交和關(guān)節(jié)操作方式將機(jī)器人抓手移動到特定的點(diǎn)，用軟件記下此點(diǎn)的位置信息后示教結(jié)束，待所有點(diǎn)示教結(jié)束以后執(zhí)行程序，此時(shí)控制系統(tǒng)通過驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)器人本身進(jìn)行操作，感知系統(tǒng)同步檢測機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，出現(xiàn)錯(cuò)誤通過時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤警告文本框，嚴(yán)重錯(cuò)誤直接中斷程序。

2 工業(yè)機(jī)器人功能

機(jī)器人的主要功能是碼垛搬運(yùn)，而碼垛搬運(yùn)主要有平面到平面的搬運(yùn)、平面到平面的碼垛、平面到斜面的搬運(yùn)、平面通過附加軸到平面的搬運(yùn)、平面到平面隨機(jī)的搬運(yùn)（用于抽查合格率）等方式加工，本文主要講解平面到平面的隨機(jī)搬運(yùn)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的碼垛搬運(yùn)功能通過六軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動完成，其中基座之上為J1軸，肩部為J2軸，肩部連接上臂（第1機(jī)械臂），肘部為J3軸，肘部連接前臂（第二機(jī)械臂），前臂為J4軸，前臂連接腕部，腕部為J5軸，腕部連接機(jī)械接口，機(jī)械接口為J6軸，六軸協(xié)調(diào)工作，根據(jù)命令的要求，完成指定的路徑。本文功能實(shí)現(xiàn)所使用機(jī)器人為六軸驅(qū)動機(jī)器人如圖2所示。

圖1 工業(yè)機(jī)器人基本構(gòu)成

圖2 六軸驅(qū)動機(jī)器人

3 機(jī)器人編程實(shí)現(xiàn)功能

自動編程可分為機(jī)器人路徑規(guī)劃和機(jī)器人控制程序生成2個(gè)步驟。機(jī)器人平面到平面的搬運(yùn)的路徑中設(shè)定的位置點(diǎn)有中間位置點(diǎn)、抓取點(diǎn)、抓取點(diǎn)上方30mm點(diǎn)、放置點(diǎn)、放置點(diǎn)上方30mm位置點(diǎn)，機(jī)器人的運(yùn)動路徑為機(jī)器人開始在中間位置點(diǎn)處，曲線移動到抓取點(diǎn)上方30mm位置點(diǎn)處，垂直向下移動到抓取點(diǎn)，抓取物品，回到抓取點(diǎn)上方30mm位置點(diǎn)處，曲線到中間位置點(diǎn)處，曲線到放置點(diǎn)上方30mm位置點(diǎn)處，垂直向下移動到放置點(diǎn)將物品放下，垂直向上回到放置點(diǎn)上方30mm處，曲線回到中間位置點(diǎn)，一個(gè)搬運(yùn)循環(huán)結(jié)束。機(jī)器人控制程序的生成，程序流程圖如圖3所示。

我們使用的機(jī)器人為三菱RV-4F型機(jī)器人，使用仿真軟件為RTToolBox2機(jī)器人仿真軟件，將控制機(jī)器人的電腦通過通信線路連接到機(jī)器人，打開控制軟件將程序?qū)懭胲浖校ㄟ^手操器示教，phome，ppick，pfang等特殊位置點(diǎn)的坐標(biāo)，示教結(jié)果如表1所示。

圖3 機(jī)器人搬運(yùn)程序流程圖

表1 特殊位置點(diǎn)示教結(jié)果

圖4 機(jī)器人控制器界面

準(zhǔn)備工作完畢，開啟機(jī)器人控制器對程序及執(zhí)行的功能進(jìn)行調(diào)試，首先伺服上電，運(yùn)行程序的行號跳轉(zhuǎn)到1，剛開始調(diào)試不知是否有錯(cuò)誤，將調(diào)試的運(yùn)行速度盡量放慢，5%-10%最佳，開始建議單步運(yùn)行，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正，待程序無錯(cuò)誤時(shí)改為自動運(yùn)行，觀看機(jī)器人運(yùn)行效果，這是運(yùn)行速度可以提高，建議低于80%為佳，因?yàn)檫^高的速度，機(jī)器人會產(chǎn)生抖動，影響示教點(diǎn)的準(zhǔn)確定。

4 機(jī)器人隨機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)

平面到平面的隨機(jī)搬運(yùn)的實(shí)現(xiàn)，一般機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)左邊順序右邊隨機(jī)的功能，顯示的隨機(jī)抽查檢驗(yàn)中，希望抽查到了產(chǎn)品是隨機(jī)的，并且檢驗(yàn)該產(chǎn)品的檢驗(yàn)設(shè)備編號也是隨機(jī)的，這就要求實(shí)現(xiàn)左邊隨機(jī)右邊也是隨機(jī)的。為了工廠現(xiàn)實(shí)需要我們設(shè)計(jì)了次程序?qū)崿F(xiàn)左邊隨機(jī)右邊隨機(jī)的功能。

程序規(guī)劃路徑為左邊首先順序放置產(chǎn)品，搬運(yùn)到右邊為隨機(jī)，再到左邊為隨機(jī)，再到右邊為隨機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)，難點(diǎn)在于右邊為隨機(jī)時(shí)再往左邊移動時(shí)，機(jī)器人必須記住此時(shí)的隨機(jī)數(shù)才能到制定位置抓取產(chǎn)品，否則就會抓取不到產(chǎn)品。機(jī)器人隨機(jī)控制程序生成，我們以八位隨機(jī)數(shù)為例，隨機(jī)函數(shù)程序如下：

＊A

c1$=Right$(C_Time,2)

mrndbs=Cvi(c1$)

mrnd(1)=Int(Rnd(mrndbs)＊9) ＊ 隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生 0.0-1.0的數(shù)值，想要得到1-8整數(shù)所以乘以9

If mrnd(1)=0 Then GoTo ＊A

For d1=2 To 8

mrnd(d1)=Int(Rnd(0)＊9)

For d2=1 To d1

If d2=d1 Then GoTo ＊B

If mrnd(d1)=mrnd(d2) Or mrnd(d1)=0 Or mrnd(d1)＞8 Then＊檢測是否有重復(fù)的數(shù)值及大于8的數(shù)值

mrnd(d1)=Int(Rnd(0)＊9)

d2=0

EndIf

＊B

平面到平面的隨機(jī)搬運(yùn)流程為設(shè)置初始值，調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)mrnd1（m1），判斷m1的范圍是否在[1,8]之間，如果是m1自加1，順序左到隨機(jī)右將Ppick（m1）移動到Pfang（mrnd1（m1）），繼續(xù)監(jiān)測m1值得范圍，超出范圍則調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)mrnd2（m2），判斷m2的范圍是否在[1,8]之間，如果是m2自加1，順序右到隨機(jī)左將Pfang（mrnd1（m1））移動到Ppick（mrnd2（m2））位置，繼續(xù)監(jiān)測m1值得范圍，超出范圍則調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)mrnd1（m1），判斷m1的范圍是否在[1,8]之間，如果是m1自加1，隨機(jī)左到隨機(jī)右將Ppick（mrnd2（m2））移動到Pfang（mrnd1（m1））位置，超出范圍則回到循環(huán)起點(diǎn)。平面到平面隨機(jī)搬運(yùn)流程圖如圖5所示。

圖5 機(jī)器人平面到平面隨機(jī)流程圖

打開控制軟件將程序?qū)懭胲浖校ㄟ^手操器示教，phome，ppick(8)，pfang(8)等特殊位置點(diǎn)的坐標(biāo)，示教結(jié)果如表2所示。

表2 隨機(jī)位置點(diǎn)示教結(jié)果

開啟機(jī)器人控制器對程序及執(zhí)行的功能進(jìn)行調(diào)試，待調(diào)試無誤后執(zhí)行程序得到機(jī)器人完成任務(wù)的過程，機(jī)器人在工作中的圖形如圖6所示。

圖6 機(jī)器人執(zhí)行隨機(jī)任務(wù)

圖6為機(jī)器人執(zhí)行隨機(jī)任務(wù)過程，目前為左順序到有隨機(jī)，后續(xù)將執(zhí)行右隨機(jī)到左隨機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)。以上為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過程，在實(shí)際工廠應(yīng)用用完全可以使用附加軸實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，附加軸使用時(shí)需在示教特殊點(diǎn)時(shí)加上附加軸L來的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，機(jī)器人具有工作精度高、工作時(shí)間長、節(jié)約大量人力等特點(diǎn)在企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)束語

本文以三菱RV-4F型機(jī)器人為研究對象，采用機(jī)器人路徑規(guī)劃和機(jī)器人控制程序生成，實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)平面到平面搬運(yùn)，通過對隨機(jī)函數(shù)的研究，得到了八位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，最后將隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生函數(shù)應(yīng)用到程序的循環(huán)指令中，是機(jī)器人能記憶前一次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，將需移動產(chǎn)品準(zhǔn)確無誤的移動到另外的位置，通過實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人的操作，機(jī)器人成功的完成了預(yù)期的功能，為機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定的基礎(chǔ)。