码垛机器人控制系统的设计与实现

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第5期机电产品开笈与钏新VOI．21．NO．52008年9月Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsSep．，2008码垛机器人控制系统的设计与实现李成伟．炱超(北京航空航天大学机械人研究所，北京100083)摘要：介绍了混联机构的搬运码垛机器人控制系统的设计与实现方法，根据工作现场的实际需求，对离线码垛过程进行了研究．通过码垛关键参数的输入和码垛空间判断，建立离线编程的基础，给出了

2、机器人码垛的路径规划。硬件控制系统采用工业PC(IPC)作为主计算机，利用分布式二级控制结构实现系统的监控和作业管理．协调各关节的运动，准确地跟踪轨迹规划。软件系统运用了PLC来控制机械人手爪且自主开发码垛机器人控制软件，通过码垛关键参数的输入及示教盒控制方式．经实际使用结果证明控制系统的有效性与合理性。关键词：离线编程；硬件控制系统；PLC控制；示教盒控制中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002—6673(2008)05—009—03电气控制柜所组成。该机器人主要由4个关节组成，能0引言

3、实现以下4种运动：腰座旋转(x轴)，水平前后运动近几年机器人自动化生产线已经不断出现，机器人(Y轴)，垂直上下运动(Z轴)和腕部回转运动(U自动化生产线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动轴)，腰座电机、化生产线的主要方式。而过去的自动化码垛作业大部分腕部电机通过谐是由机械式码垛机完成或人工搬运．由于机械式码垛机波减速器驱动腰其结构等因素的限制，存在着占地面积大、程序更改麻座、机械手旋烦(甚至无法更改)、耗电量大等缺点；而人工搬运劳转，水平关节电动量大，完成同一工作量所需不少工人，在一些实际场机、垂直

4、关节电所应用中，码垛机器人与传统码垛机一样，一次能搬运机通过同步带轮一整层箱子，有些顾客在传统码垛机坏了时，就用机器减速后带动水平人代替，通常这些机器人系统都有层成型平台和臂尾加关节丝杠、垂直工装置，能将整层箱子搬起来，功能较强的码垛机器人关节丝杠旋转。图1机器人系统结构图还能更换不同的货盘：其码垛速度甚至可以达到100个而丝杠通过其上Fig．1Robotsystemdiagram小箱／分钟：码垛机器人装有低水平纸箱横进给装置，的滑块驱动前大使用灵活底盘，有利于车间的良好布局；另外其性能可臂、后大臂沿

5、各自导轨作水平前后运动、垂直上下运靠。大多用户容易掌握使用的软件，能够迅速转换对进动，这4种运动全部由交流伺服电机驱动，可以满足驱行不同箱子的码垛。动大惯性力矩负载和快速运动精确定位的要求，且根据实际作业的需要可以在机器人腕部安装机械手。1机器人的机构2硬件控制系统的设计图1所示为北京航空航天大学机器人所研制的具有高速码垛功能的混联式机器人系统，该系统由机器人及由图2可看出。系统设计采用了模块化的形式，且总体结构采用了分布式控制结构．上位机采用普通工业收稿日期：2008—06—30控制计算机，主要处理

6、系统的监控和作业管理，如示教作者简介：李成伟(1982-)，男，硕士研究生。主要从事机盒控制，显示服务，坐标转换，自动加减速计算，I／0械设计及理论、机器人、机电控制及软件方面的研究；负超控制，机器人语言编译等任务等，根据使用者的命令和(1952一)，男，教授，博士生导师。研究方向：机器人、机电动作程序语句的要求进行轨迹规划、插补运算及坐标变控制、机械设计及理论。9维普资讯http://www.cqvip.com·开发与创新·箱一复位。机械手爪的电气图如图3。4软件控制系统的设计开放式通用机器人控制系

7、统的软件应在标准的语言环境下进行开发，做到可移植，易修改、重构及扩充，并能提供用户接口和程序接口。所以我们采用面向对象的模块化的工程设计方法，与硬件结构相对应．控制系统软件也分为上下两层，各个模块都具有自己独立的功能，相互调用关系简单。由于存在外界干扰的因素，如果还是采用固定模式的和缺乏抗干扰能力的伺服控制系统的话，那么机器人系统就很难产生高速和高精度的动态响应，为了适应时刻变化的对象．必须使伺服系统的动作具有某种柔性，这种柔性是通过计算机程序来实现的，故称为软伺服(soft-wareservo)。图

8、2硬件控制系统结构Fig．2Hardwarestructureofthecontrolsystem换。计算出各轴电机的位置，并接收根据下一级的反馈信号和外传感器的信号，判断任务的执行情况和环境状态．然后向下一级各关节位置伺服系统传送一次与设定点相应的位置更新值，实现对各关节运动的协调和控制作用，下位机采用DSP控制器和PLC可编程逻辑控制器．DSP控制器即为所采用的PMAC104运动控制卡，主图4软件控制系统结构Fig．4Softwarestructur