周 皓，薛 炎

（1.蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jì)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(dāng)?shù)母?。目前，機器人產(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(shè)備都不完善，而且研制風(fēng)險性也相當(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計過程中，首先要分析設(shè)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(shè)計。自動抓手的制作分為以下幾個步驟：設(shè)計自動抓手→依照原理設(shè)計草圖→繪制抓手零件設(shè)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(zhǔn)備工作后，就要考慮軟件的設(shè)計，學(xué)習(xí)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(shè)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(shè)備這幾大組成部分。前三項設(shè)備都是實驗室本身具備的。而最后的輔助設(shè)施就是課題需要設(shè)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(shè)備準(zhǔn)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?？傮w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(dǎo)致其偏離標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)可。