并聯機械手控制器CVT功能應用

［摘 要］隨著工業自動化技術的發展，機械手在自動化設備中廣泛應用，在一些工位上逐步替代人工作業。根據不同的行業和自由度要求，主流的機械手有四軸、六軸、并聯機械手，以及一些與人工配合的協作機械手。其中并聯Delta 機械手通過示教規劃運動軌跡，簡單易用，可實現自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的運動控制，能夠完成裝箱、搬運等操作，以完成各種作業。對此，文章介紹了并聯機械手、基于臺達MS 機器人控制器的并聯機械手以及MS 控制器內建的機器人形態設計，探討了CVT 功能在并聯機械手控制中的應用。

［關鍵詞］機械手控制器；并聯機械手；CVT ；隨線跟蹤

［中圖分類號］TP241 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0142–03

1 并聯機械手簡介

并聯機械手是一種典型的閉環系統，由靜平臺、3 條主動臂、3 條從動臂和動平臺等組成。文章使用伺服電機作為機械手平臺的驅動，為系統提供所需的扭矩。在機械手系統中，3個伺服電機安放在靜平臺上，分別給與其相連的3 條主動臂提供動力輸出扭矩。并聯機械手機構的主動桿與從動桿的鏈接方式為球鉸鏈的鏈接。球型連接鉸鏈是用于自動控制中的執行器與調節機構的連接附件。其采用球型軸承結構，具有控制靈活、準確、扭轉角度大的優點。并聯機械手如圖1 所示。

2 并聯機械手控制器

2.1 基于臺達MS機器人控制器的并聯機械手

文章所使用的是臺達MS 機器人控制器，該產品是將控制器以及4 軸伺服驅動器整合于一體的工業機器人解決方案。從復雜的數學運算、平滑軌跡規劃，到實時性高的伺服控制回路，完整的系統信息都整合在同一個控制核心中，有效提升了整套系統運算的實時性。MS 機器人控制器搭配臺達DRAS 軟件，內置標準IEC61131–3 5 種PLC 編輯語法及PLCopen運動控制的完整功能塊，并提供臺達機器人語言（DRL），客戶可依照實際應用，自行開發客制化相關的機器人功能與程序。此外，該控制器支持Modbus/ModbusTCP 通訊接口，可連接各類機器人外圍組件，如視覺、傳感器、中控計算機等系統，整合成一個完整的工業型機器人系統平臺。

2.2 MS控制器內建機器人形態

通過可視化的用戶接口，可針對不同類型工業機器人進行參數設定與調校，快速調整齒輪比、減速比、極限值、臂長偏移量等，達到簡化操作的效果。MS內建機器人形態如圖2 所示。

3 并聯機械手控制器CVT功能應用

并聯機械手已廣泛應用在電子、醫藥、食品等工業自動化生產或包裝流水線的分揀、抓放、包裝等操作。此外，在工業生產過程中，鑒于柔性生產的需求，要求機器人對外部環境變化具有較強的適應能力，需要為工業機器人安裝視覺傳感器。臺達MS 機器人控制器根據自身并聯機器人產品模型，結合實際并聯機械手應用場景，研發了并聯機械手傳送帶視覺追蹤系統，實現傳送帶上散落物料的快速識別和抓放。

MS 機種內建了基本輸送帶追隨（ConveyorTracking，以下簡稱“CVT”）的功能。在此功能中，臺達提供了基本的環境架設參考，RL 與PLC 程序模板。用戶在基本的范例上，可再增加自己的邏輯與加工流程。

3.1 CVT功能系統框架

CVT 系統框架如圖3 所示，包含了機器視覺檢測。

3.2 加工流程

機器人控制器設定好機器人型態和參數后，用戶只需關注機器人手臂的末端位置，以SCARA 機器人為例說明CVT 流程，在CVT 系統中的開始加工條件為等待工件移動超過指定的觸發線，當工件移動超過此觸發線后，會被標記為可觸發。同一時間內，可能有很多任務件被標記為可觸發，但是只有1 個工件會被標記為已觸發，代表已經觸發Robot 進行加工。其余未觸發但被標記為可觸發的工件，便依序等待加工。加工流程如圖4 所示。

3.3 視覺通訊

MS 控制器的PLC 程序按設定時間通過IO 觸發相機拍照，相機會把產品的X、Y、C 數據發送到MS的特殊寄存里。在進行機器人調試前先要做相機和機器人四點或者九點標定，把像素坐標轉換成機械手坐標，臺達的相機都具有坐標系轉換功能。

3.4 CVT參數設定

CVT 的參數設定需要在Lua 腳本里設定，臺達提供公版的Lua 程序，用戶可按照公版程序修改。以下是CVT 參數設定的API 函數。

-- 參數cvtuIdx=1、instType=2、instIdx=1、instSlotIdx=1、vuIdx=1、CRotatSwFlag=0。

--srcType=1輸送帶編碼器，srcIdx=1 CVT 速度來源輸送帶編碼器。

--cvtFactor_num 和cvtFactor_den 是輸送帶編碼器速度轉換分子和分母。

--interval 速度均值濾波時間系數cvtFactor_den=cvtFactor_den*interval。

--cmpstVectorX，cmpstVectorY，cmpstVectorZ 是輸送帶移動方向空間的3 個分量。

--cvtUFIdx 機器人的工件坐標的編號。

--trans_ccd_x，trans_ccd_y，rotat_ccd_c 是視覺檢測的坐標，該坐標是已經標定后的機器人坐標值和加上視覺檢測中心與機器人中心的偏差值。

--robotTrigLine 是CVT 跟蹤觸發線，zoneEndLine 是CVT 跟蹤終止線。

CVT_Initialization（cvtuIdx，instType，instIdx，srcType，srcIdx，cvtFactor_num，cvtFactor_den，interval，cmpstVectorX，cmpstVectorY，cmpstVectorZ，cvtUFIdx，trans_ccd_x，trans_ccd_y，rotat_ccd_c，vuIdx，vuPix2UmNum，vuPix2UmDen，vuAgRatioNum，vuAgRatioDen，vuXYExchgFlag，CRotatSwFlag，NGZoneRadius，NGZoneUptCnt，zoneEndLine，robotTrigLine，trigInterval）。

3.5 CVT跟蹤抓取過程

-- 確認robot 觸發條件是否產生（觸發距離）

while CVT_ChkBotTrigCondByPLC（cvtuIdx）==0

do

-- 如果還沒觸發，什么也不做

end

CVT_VelIn（cvtuIdx）-- 補償CV 速度

CVT_ObjDoneFlag（cvtuIdx，0）-- 工件完成旗標設定為0

-- 輸送帶加工流程設計起始點

MovL（\"ReadyToDraw\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）-- 移到工件上方準備吸取工件

DO（0，\"ON\"）-- 開啟吸嘴

DELAY（0.01）--DELAY 一段時間讓吸嘴穩定

MovL（\"Draw\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）-- 移動到吸取位置

MovL（\"ReadyToDraw\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）-- 將工件拿起，避免與CV 接觸

CVT_VelOut（cvtuIdx）-- 關閉補償CV 速度

MovL（\"ReadyToPlace\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）

DO（0，\"ON\"）-- 開啟吸嘴

DELAY（0.01）--DELAY 一段時間讓吸嘴穩定

MovL（\"Place\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）--移至放置點MovL（\"ReadyToPlace\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）

MovL（\"CVTSB\"，movLVel，acc_dec，acc_dec）-- 回到Standby 點

-- 輸送帶加工流程設計結束點

CVT_ObjDoneFlag（cvtuIdx，1）-- 設定工件完成旗標

3.6 手臂機構參數

手臂的機構參數可在示教器上直接修改，方便用戶設定和檢查。Delta 手臂部分參數如圖5 所示。

4 結束語

并聯機械手在食品、藥品和化妝品等行業的分揀工位上有著廣泛應用，提高了產線分揀的效率和正確率，進而使整條生產線更加的自動化。搭配機器人控制器，工程師無需關心復雜機械手的正解和逆解算法，能夠讓工程師對機械手進行快速調試和部署，把主要精力集中在業務應用上。

參考文獻

[1] 李景昌. 臺達機器視覺DMV 與機械手配合的應用[J]. 自動化信息，2013（1）：71，79.

[2] 劉志海，杜樹堅，崔鑫龍，等. 并聯機器人運動路徑算法和控制方法研究[J]. 控制工程，2020（5）：835-841.