基于六軸驅(qū)動機器人的智能控制與實現(xiàn)

高婷婷

（濟南工程職業(yè)技術學院，山東濟南，250200）

1 工業(yè)機器人的工作原理

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

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

2 工業(yè)機器人功能

機器人的主要功能是碼垛搬運，而碼垛搬運主要有平面到平面的搬運、平面到平面的碼垛、平面到斜面的搬運、平面通過附加軸到平面的搬運、平面到平面隨機的搬運（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搬運時如何實現(xiàn)的。機器人的碼垛搬運功能通過六軸的協(xié)調(diào)運動完成，其中基座之上為J1軸，肩部為J2軸，肩部連接上臂（第1機械臂），肘部為J3軸，肘部連接前臂（第二機械臂），前臂為J4軸，前臂連接腕部，腕部為J5軸，腕部連接機械接口，機械接口為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。本文功能實現(xiàn)所使用機器人為六軸驅(qū)動機器人如圖2所示。

圖1 工業(yè)機器人基本構成

圖2 六軸驅(qū)動機器人

3 機器人編程實現(xiàn)功能

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

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

圖3 機器人搬運程序流程圖

表1 特殊位置點示教結果

圖4 機器人控制器界面

準備工作完畢，開啟機器人控制器對程序及執(zhí)行的功能進行調(diào)試，首先伺服上電，運行程序的行號跳轉(zhuǎn)到1，剛開始調(diào)試不知是否有錯誤，將調(diào)試的運行速度盡量放慢，5%-10%最佳，開始建議單步運行，便于及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改正，待程序無錯誤時改為自動運行，觀看機器人運行效果，這是運行速度可以提高，建議低于80%為佳，因為過高的速度，機器人會產(chǎn)生抖動，影響示教點的準確定。

4 機器人隨機功能的實現(xiàn)

平面到平面的隨機搬運的實現(xiàn)，一般機器人可以實現(xiàn)左邊順序右邊隨機的功能，顯示的隨機抽查檢驗中，希望抽查到了產(chǎn)品是隨機的，并且檢驗該產(chǎn)品的檢驗設備編號也是隨機的，這就要求實現(xiàn)左邊隨機右邊也是隨機的。為了工廠現(xiàn)實需要我們設計了次程序?qū)崿F(xiàn)左邊隨機右邊隨機的功能。

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

＊A

c1$=Right$(C_Time,2)

mrndbs=Cvi(c1$)

mrnd(1)=Int(Rnd(mrndbs)＊9) ＊ 隨機函數(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

平面到平面的隨機搬運流程為設置初始值，調(diào)用隨機數(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，隨機左到隨機右將Ppick（mrnd2（m2））移動到Pfang（mrnd1（m1））位置，超出范圍則回到循環(huán)起點。平面到平面隨機搬運流程圖如圖5所示。

圖5 機器人平面到平面隨機流程圖

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)等特殊位置點的坐標，示教結果如表2所示。

表2 隨機位置點示教結果

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

圖6 機器人執(zhí)行隨機任務

圖6為機器人執(zhí)行隨機任務過程，目前為左順序到有隨機，后續(xù)將執(zhí)行右隨機到左隨機，如此循環(huán)往復。以上為實驗室實驗過程，在實際工廠應用用完全可以使用附加軸實現(xiàn)長距離傳輸，附加軸使用時需在示教特殊點時加上附加軸L來的坐標數(shù)據(jù)，機器人具有工作精度高、工作時間長、節(jié)約大量人力等特點在企業(yè)中獲得廣泛應用。

5 結束語

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