機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)流程與軟件方案研究

劉佳文

摘要：機(jī)器人自動(dòng)分揀技術(shù)是實(shí)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(jī)器人為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的闡述了機(jī)器人自動(dòng)分揀的工作原理、工作流程、軟件設(shè)計(jì)方案等。并且數(shù)據(jù)處理單元可以直接對(duì)接MES系統(tǒng)，通過全面的建設(shè)方案，論述了機(jī)器人自動(dòng)分揀的可行性，此項(xiàng)技術(shù)必定可以在船舶制造等重工領(lǐng)域得到廣泛推廣，高效安全的替代繁重的體力勞動(dòng)作業(yè)，提高了自動(dòng)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(guān)鍵詞：分揀；國產(chǎn)機(jī)器人；自動(dòng)抓取；自動(dòng)化

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

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhuǎn)型升級(jí)的期望也越來越迫切。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用使工人在規(guī)模化生產(chǎn)過程中擺脫了單調(diào)重復(fù)的體力勞動(dòng)，改善了工作環(huán)境，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，因此成為了企業(yè)自動(dòng)化改造的必然選擇[1-2]。機(jī)器人分揀與人工分揀作業(yè)相比，不但高效、準(zhǔn)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(shì)；與傳統(tǒng)的機(jī)械分揀作業(yè)相比，機(jī)器人分揀有著適應(yīng)范圍廣和隨時(shí)能變換作業(yè)對(duì)象的優(yōu)勢(shì)。

1 機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

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

機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)以160kg工業(yè)機(jī)器人為核心，結(jié)合定制的機(jī)械手抓和快換裝置完成對(duì)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(duì)接和用戶指令的接收及系統(tǒng)狀態(tài)的上報(bào)；同時(shí)能夠完成對(duì)來料的種類、數(shù)量和位置的識(shí)別，以及配送框代碼和對(duì)應(yīng)布局的識(shí)別，并將處理過的信息下傳給機(jī)器人執(zhí)行單元進(jìn)行相應(yīng)物料的抓放。

2 機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)的工作流程

機(jī)器人自動(dòng)分揀系統(tǒng)信息流程示意圖如圖2所示。

機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)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(jī)指令跟通過用掃描槍獲取的配送框和配送框信息進(jìn)行比對(duì)。

②如果上位機(jī)命令與配送框或配送框信息不符，則給上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，且不給機(jī)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?jiǎng)t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(jī)器人執(zhí)行單元發(fā)送上位機(jī)命令抓取的物料數(shù)量，另外還要告訴機(jī)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(jī)器人實(shí)際來料數(shù)量，其它跟上一次相同。同時(shí)數(shù)據(jù)處理單元反饋給上位機(jī)缺料信息，等待上位機(jī)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(jī)器人發(fā)送抓取命令：數(shù)量為上位機(jī)命令抓取數(shù)量減去已抓取數(shù)量，開始抓取位置默認(rèn)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(jī)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(shí)抓放動(dòng)作每執(zhí)行一次都要上報(bào)給數(shù)據(jù)處理單元。

⑧數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完成情況做統(tǒng)計(jì)，當(dāng)全部執(zhí)行完上位機(jī)任務(wù)時(shí)，上報(bào)上位機(jī)任務(wù)完成信號(hào)。

3 軟件設(shè)計(jì)方案

機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)軟件分為兩部分，分別為：數(shù)據(jù)處理單元軟件設(shè)計(jì)和機(jī)器執(zhí)行單元軟件設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)處理單元為機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的收集、處理，能夠?qū)⑸衔粰C(jī)系統(tǒng)的命令進(jìn)行處理之后再控制機(jī)器人執(zhí)行單元執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并將系統(tǒng)的故障信息上傳給上位機(jī)。

機(jī)器人執(zhí)行單元實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

①提供關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)，空閑，運(yùn)行，警報(bào)，停機(jī)；

②根據(jù)機(jī)器人自身實(shí)際切換狀態(tài)并上報(bào)；

③接收啟動(dòng)，停機(jī)命令；

④接收數(shù)據(jù)處理單元的控制命令。

其業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如圖3所示。通過數(shù)據(jù)處理單元向機(jī)器人下達(dá)任務(wù)指令，數(shù)據(jù)處理單元自動(dòng)將整個(gè)任務(wù)指令分解為多個(gè)單一動(dòng)作構(gòu)成的指令列表，按順序向機(jī)器人發(fā)送。機(jī)器人在完成任務(wù)后向控制系統(tǒng)返回執(zhí)行結(jié)果，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過則繼續(xù)讀取指令列表。當(dāng)所有指令執(zhí)行完成后等待新的任務(wù)。

若任務(wù)執(zhí)行過程中，接收到機(jī)器人執(zhí)行單元的異常編碼或在驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人執(zhí)行的動(dòng)作與發(fā)送不相符，則立即顯示報(bào)警信息，并發(fā)送復(fù)位指令。

4 機(jī)器人分揀作業(yè)試驗(yàn)

本套機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)成功應(yīng)用于南京某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，并經(jīng)軟、硬件的多次調(diào)試和修正，可成功實(shí)現(xiàn)客戶的以下功能：

①采用機(jī)器人示教模式，對(duì)每種物料的抓取方式及擺放位置進(jìn)行示教；

②上位系統(tǒng)（由客戶提供）對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)傳達(dá)任務(wù)指令，機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)指令并反饋執(zhí)行結(jié)果及系統(tǒng)故障狀態(tài)；

③機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)包含兩套機(jī)械手抓，每套機(jī)械手抓至少能實(shí)現(xiàn)抓取兩種物料（具體物料設(shè)計(jì)時(shí)由設(shè)計(jì)人員選擇）；

④機(jī)器人自動(dòng)分揀試驗(yàn)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)快速更換手抓的功能；

⑤系統(tǒng)具有掃描功能，自動(dòng)掃描物料托盤上的條碼信息，同時(shí)根據(jù)上位機(jī)命令判斷當(dāng)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(bào)錯(cuò)誤信息，等待上位機(jī)處理。

5 結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

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

[2]朱金權(quán).桁架式機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)與研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（17）：18-21.

[3]焦恩璋，杜榮.工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010，2：84-87.