劉佳文

摘要：機器人自動分揀技術是實現(xiàn)企業(yè)節(jié)省人力成本的重要手段。依托于國產(chǎn)的工業(yè)機器人為基礎，系統(tǒng)的闡述了機器人自動分揀的工作原理、工作流程、軟件設計方案等。并且數(shù)據(jù)處理單元可以直接對接MES系統(tǒng)，通過全面的建設方案，論述了機器人自動分揀的可行性，此項技術必定可以在船舶制造等重工領域得到廣泛推廣，高效安全的替代繁重的體力勞動作業(yè)，提高了自動化水平和作業(yè)質(zhì)量。

Abstract： Robot automatic sorting technology is one of the most important means to save manpower cost for enterprises. Based on the domestic industrial robot， this paper systematically expounds the working principle， work flow and software design of robot automatic sorting. And the data processing unit can direct the MES system directly. Through the comprehensive construction scheme， the feasibility of automatic sorting of the robot is discussed. This technology is sure to be widely popularized in the field of shipbuilding and other heavy work. It can replace the heavy manual work efficiently and safely and improve the level of automation and the quality of operation.

關鍵詞：分揀；國產(chǎn)機器人；自動抓??；自動化

Key words： sorting；homemade robot；automatic grabbing；automation

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0115-02

0 引言

隨著國內(nèi)制造企業(yè)用人成本的不斷增加，企業(yè)轉型升級的期望也越來越迫切。工業(yè)機器人的應用使工人在規(guī)?；a(chǎn)過程中擺脫了單調(diào)重復的體力勞動，改善了工作環(huán)境，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量，因此成為了企業(yè)自動化改造的必然選擇[1-2]。機器人分揀與人工分揀作業(yè)相比，不但高效、準確，而且在衛(wèi)生保障、質(zhì)量保障等方面有著人工作業(yè)無法替代的優(yōu)勢；與傳統(tǒng)的機械分揀作業(yè)相比，機器人分揀有著適應范圍廣和隨時能變換作業(yè)對象的優(yōu)勢。

1 機器人自動分揀試驗系統(tǒng)的構成和工作原理

本文以國產(chǎn)的JARI-CP-160型工業(yè)機器人為基礎，研究并構建了一個機器人自動分揀試驗系統(tǒng)。圖1所示為機器人自動分揀試驗系統(tǒng)基本組成，系統(tǒng)能夠自動掃描配送框和來料托盤上的條碼，并根據(jù)上位機的命令做出判斷，控制機器人更換對應的手抓來抓取來料托盤內(nèi)的物料放置在配送框的對應位置上。

機器人自動分揀試驗系統(tǒng)以160kg工業(yè)機器人為核心，結合定制的機械手抓和快換裝置完成對多種物料的柔性抓取。數(shù)據(jù)處理單元完成與MES系統(tǒng)的接口對接和用戶指令的接收及系統(tǒng)狀態(tài)的上報；同時能夠完成對來料的種類、數(shù)量和位置的識別，以及配送框代碼和對應布局的識別，并將處理過的信息下傳給機器人執(zhí)行單元進行相應物料的抓放。

2 機器人自動分揀試驗系統(tǒng)的工作流程

機器人自動分揀系統(tǒng)信息流程示意圖如圖2所示。

機器人自動分揀試驗系統(tǒng)整體工作流程如下：

①數(shù)據(jù)處理單元將接收到的MES系統(tǒng)上位機指令跟通過用掃描槍獲取的配送框和配送框信息進行比對。

②如果上位機命令與配送框或配送框信息不符，則給上位機發(fā)出報警信息，且不給機器人執(zhí)行單元發(fā)送執(zhí)行命令。

③如果信息相符，數(shù)據(jù)處理單元則需要繼續(xù)做出判斷，比較來料數(shù)量與命令抓取數(shù)量。

④如果來料數(shù)量大于命令抓取數(shù)量，則數(shù)據(jù)處理單元給機器人執(zhí)行單元發(fā)送上位機命令抓取的物料數(shù)量，另外還要告訴機器人物料的種類、采用的手抓類型、開始抓取的位置、配送框的種類、配送框物料放置的具體位置。

⑤如果來料數(shù)量小于命令抓取數(shù)量，數(shù)據(jù)處理單元發(fā)給機器人實際來料數(shù)量，其它跟上一次相同。同時數(shù)據(jù)處理單元反饋給上位機缺料信息，等待上位機調(diào)度新的物料托盤過來。數(shù)據(jù)處理單元收到后續(xù)的物料信息后，再次給機器人發(fā)送抓取命令：數(shù)量為上位機命令抓取數(shù)量減去已抓取數(shù)量，開始抓取位置默認為1，手抓類型，配送框種類及配送框內(nèi)物料放置的具體位置。

⑦機器人執(zhí)行單元執(zhí)行數(shù)據(jù)處理單元發(fā)來的命令，同時抓放動作每執(zhí)行一次都要上報給數(shù)據(jù)處理單元。

⑧數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)機器人執(zhí)行機構的動作完成情況做統(tǒng)計，當全部執(zhí)行完上位機任務時，上報上位機任務完成信號。

3 軟件設計方案

機器人自動分揀試驗系統(tǒng)軟件分為兩部分，分別為：數(shù)據(jù)處理單元軟件設計和機器執(zhí)行單元軟件設計。

數(shù)據(jù)處理單元為機器人自動分揀試驗系統(tǒng)的重要組成部分，負責所有數(shù)據(jù)的收集、處理，能夠將上位機系統(tǒng)的命令進行處理之后再控制機器人執(zhí)行單元執(zhí)行相應的動作，并將系統(tǒng)的故障信息上傳給上位機。

機器人執(zhí)行單元實現(xiàn)以下幾個功能：

①提供關鍵點的狀態(tài)，空閑，運行，警報，停機；

②根據(jù)機器人自身實際切換狀態(tài)并上報；

③接收啟動，停機命令；

④接收數(shù)據(jù)處理單元的控制命令。

其業(yè)務流程如圖3所示。

整個系統(tǒng)的業(yè)務流程如圖3所示。通過數(shù)據(jù)處理單元向機器人下達任務指令，數(shù)據(jù)處理單元自動將整個任務指令分解為多個單一動作構成的指令列表，按順序向機器人發(fā)送。機器人在完成任務后向控制系統(tǒng)返回執(zhí)行結果，數(shù)據(jù)處理單元對執(zhí)行結果進行驗證，若驗證通過則繼續(xù)讀取指令列表。當所有指令執(zhí)行完成后等待新的任務。

若任務執(zhí)行過程中，接收到機器人執(zhí)行單元的異常編碼或在驗證時發(fā)現(xiàn)機器人執(zhí)行的動作與發(fā)送不相符，則立即顯示報警信息，并發(fā)送復位指令。

4 機器人分揀作業(yè)試驗

本套機器人自動分揀試驗系統(tǒng)成功應用于南京某大學實驗室環(huán)境，并經(jīng)軟、硬件的多次調(diào)試和修正，可成功實現(xiàn)客戶的以下功能：

①采用機器人示教模式，對每種物料的抓取方式及擺放位置進行示教；

②上位系統(tǒng)（由客戶提供）對機器人控制系統(tǒng)傳達任務指令，機器人執(zhí)行任務指令并反饋執(zhí)行結果及系統(tǒng)故障狀態(tài)；

③機器人自動分揀試驗系統(tǒng)包含兩套機械手抓，每套機械手抓至少能實現(xiàn)抓取兩種物料（具體物料設計時由設計人員選擇）；

④機器人自動分揀試驗系統(tǒng)能實現(xiàn)快速更換手抓的功能；

⑤系統(tǒng)具有掃描功能，自動掃描物料托盤上的條碼信息，同時根據(jù)上位機命令判斷當前狀態(tài)。如果命令輸入與掃描信息相匹配，則執(zhí)行命令；否則，上報錯誤信息，等待上位機處理。

5 結束語

機器人自動分揀試驗系統(tǒng)的成功構建，為進一步的研究和開發(fā)積累了經(jīng)驗，為機器人分揀系統(tǒng)在生產(chǎn)領域付諸實施提供了有益的參考和借鑒，其成功的應用也證明了構建本系統(tǒng)的研究思路是正確的。由于機器人的高效安全作業(yè)替代了繁重的體力勞動，提高了自動化水平和作業(yè)質(zhì)量，機器人分揀將會越來越廣泛地應用于各個生產(chǎn)領域[3]。

參考文獻：

[1]趙杰.我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)[J].航空制造技術，2013（12）.

[2]朱金權.桁架式機器人的機械設計與研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2014（17）：18-21.

[3]焦恩璋，杜榮.工業(yè)機器人分揀技術的實現(xiàn)[J].組合機床與自動化加工技術，2010，2：84-87.