一種基于工業(yè)機(jī)器人的銑床自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：為提高銑床上下料的效率，本文基于工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)了銑床自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)，提出了智能控制的銑床上下料自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用模塊，采用ISA/EISA/微通道擴(kuò)展總線加載銑床自動(dòng)上下料控制指令，并經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的自動(dòng)加載系統(tǒng)總體性能優(yōu)越。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)加載系統(tǒng)具有良好的綜合性能。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；銑床；自動(dòng)；上下料；控制系統(tǒng)引言研究銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方法，對(duì)于優(yōu)化銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高銑床自動(dòng)上下料控制指令性能具有重要意義。銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的核心在于銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)機(jī)械部件的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)。根據(jù)銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的激勵(lì)和輸出性能，進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)匹配，根據(jù)銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的激勵(lì)特性，建立了銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)。提高銑床上下料自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制能力。一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架及功能模塊分析（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架基于工業(yè)機(jī)器人的銑床自動(dòng)上下料單元實(shí)現(xiàn)了物品在銑床與貨倉之間的雙向傳遞，該單元由兩部分組成。智能立體倉庫系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的指令，將裝在倉庫的物品轉(zhuǎn)移到驗(yàn)證系統(tǒng)的裝載位置。裝載機(jī)器人將物品從倉庫運(yùn)送到銑床。當(dāng)物品傳輸完成后，機(jī)器人抓緊空盒并堆疊。完成一系列校驗(yàn)后，將物品轉(zhuǎn)移到卸料位置，卸料機(jī)器人將這些空箱拆開，然后將物品從銑床轉(zhuǎn)移到卸料箱。本系統(tǒng)將物品的傳輸貫穿于整個(gè)系統(tǒng)，機(jī)械重復(fù)率高，因此對(duì)物品的取放精度要求高，對(duì)機(jī)器人的傳輸速率要求較高，目前的研究主要針對(duì)裝卸機(jī)器人的物品夾持，不注意翻轉(zhuǎn)箱的夾持和轉(zhuǎn)移。本文研究了機(jī)器人裝卸單元的作業(yè)效率，采用協(xié)調(diào)優(yōu)化模型對(duì)機(jī)器人裝卸任務(wù)分配進(jìn)行了改進(jìn)。創(chuàng)新的設(shè)計(jì)使夾持裝置滿足了自動(dòng)檢定系統(tǒng)中機(jī)器人裝卸單元的操作要求，提高了裝卸環(huán)節(jié)的效率?；诖说玫搅嘶诠I(yè)機(jī)器人的銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架，如圖1所示。圖1總體設(shè)計(jì)框架二、銑床上下料自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（一）硬件配置機(jī)器人裝卸單元包括兩臺(tái)ABBIRB1410六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人，展開半徑為1.65m，重復(fù)位置誤差在0.05mm以內(nèi)。機(jī)械臂的重量限制為10kg——機(jī)械臂的前端裝有機(jī)械手的夾持裝置，可根據(jù)實(shí)際夾持物體的需要進(jìn)行重新放置。最高的運(yùn)動(dòng)速率可以滿足自動(dòng)檢定的要求。緊急保護(hù)可防止斷電或斷電時(shí)儀表閉合或定位故障。目前的機(jī)器人夾持裝置有兩種操作模式：真空盤操作模式和氣動(dòng)手指操作模式前者用于夾持和設(shè)置。轉(zhuǎn)移速率為1次3m，吸氣量/最大抽真空量為100L/min，最高抽真空率為80%。真空盤的壓力為（50士5）千帕。機(jī)械臂通過快換卡盤與真空夾緊裝置連接，真空盤的吸光率是真空盤的10倍；保證物品準(zhǔn)確、快速的傳遞。氣動(dòng)手指夾持和設(shè)置方式這種模式能滿足周轉(zhuǎn)箱夾持和傳遞的要求。傳輸速率為1箱/次。夾持裝置按三點(diǎn)位置夾持周轉(zhuǎn)箱，并將空箱堆碼開箱。機(jī)械臂通過快換卡盤與氣動(dòng)夾持器連接，最大工作壓力1.0Mpa，最大夾持力75N以上。分配當(dāng)前機(jī)器人分配由獨(dú)立的裝載和卸載單元執(zhí)行。每個(gè)周轉(zhuǎn)箱中關(guān)聯(lián)15個(gè)物品。在裝載過程中，裝載機(jī)器人真空?qǐng)A盤夾持裝置以3米/次的速度將15個(gè)物品傳遞到銑床上，稱為“夾持裝載”。同一動(dòng)作重復(fù)5次后，出現(xiàn)一個(gè)空箱，裝載機(jī)器人切換到氣動(dòng)夾指裝置，進(jìn)行一次倒箱夾持堆垛，這被稱為“夾箱和堆垛”，以便為下一步“夾表和裝載”騰出空間?！扒袚Q到夾指裝置”和“切換到夾盤裝置”都是夾持裝置切換，因此它們被視為相同的動(dòng)作。優(yōu)化設(shè)計(jì)為提高上下料單元的運(yùn)行效率，以機(jī)器人協(xié)調(diào)優(yōu)化為突破口，建立了上下料單元的優(yōu)化基本模型。最重要的是控制影響因素和約束條件。影響因素主要來自人為干擾對(duì)多目標(biāo)頻率的影響。例如，機(jī)器人抓取和裝載在這段時(shí)間內(nèi)所消耗的時(shí)間之比，將直接決定上下料單元的工作效率。最佳工作狀態(tài)應(yīng)為：U=mina'X（1）s.tG（X）255（2）F（X）S3（1）為目標(biāo)函數(shù)，機(jī)器人在包括每一步在內(nèi)的一個(gè)完整周期內(nèi)所花費(fèi)的最短時(shí)間，影響因子a'的列向量是機(jī)器人每一步所花費(fèi)的時(shí)間，協(xié)調(diào)優(yōu)化的決策變量X是機(jī)器人每一步的重復(fù)頻率。在現(xiàn)有的上下料裝置中，機(jī)器人在一個(gè)完整的循環(huán)中，用55s實(shí)現(xiàn)“真空盤夾緊”動(dòng)作，5s實(shí)現(xiàn)每個(gè)“夾緊裝置移動(dòng)”動(dòng)作，10s實(shí)現(xiàn)“氣動(dòng)手指夾緊”動(dòng)作。所以a'=[55，5，10]，是相應(yīng)的動(dòng)作頻率xi=|2。決策變量的約束條件。在自動(dòng)檢定系統(tǒng)中，不會(huì)有機(jī)會(huì)增加機(jī)器人圓盤夾持裝置每次操作所夾持的物品數(shù)量，因此對(duì)機(jī)器人的消耗時(shí)間和頻率沒有進(jìn)一步的優(yōu)化。優(yōu)化策略根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型簡化機(jī)器人操作，以最大化U，裝卸過程的操作效率，在氣動(dòng)手指與真空吸塵器二合一兼容夾持裝置的設(shè)計(jì)中，相應(yīng)影響因素的列向量a'的降低頻率，可以簡化機(jī)器人在周期內(nèi)夾持裝置的變化頻率氣動(dòng)手指和真空盤的二合一兼容夾緊裝置，一對(duì)氣動(dòng)手指安裝在真空夾緊裝置的兩側(cè)，形成一個(gè)兩點(diǎn)固定的強(qiáng)度點(diǎn)。根據(jù)周轉(zhuǎn)箱長邊的長度，將兩個(gè)夾塊安裝到氣動(dòng)面板中。每對(duì)抓取塊的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)厚度的周轉(zhuǎn)箱和一個(gè)20毫米的抓取空間。該裝置不僅保證了用同一夾持裝置傳遞物品，而且保證了在氣動(dòng)手指狀態(tài)下進(jìn)行空箱堆碼和開箱，實(shí)現(xiàn)了兼容傳遞，無需“夾持裝置切換”，所以夾持裝置的頻率降到0。當(dāng)裝滿物品的周轉(zhuǎn)箱通過傳輸線傳輸?shù)窖b載位置時(shí)，裝載機(jī)器人完成裝載任務(wù)，真空盤夾持裝置操作剝離和裝載。物品夾持完成后，用氣動(dòng)手指夾持裝置夾持空箱，完成夾盒堆碼?？杉嫒莸膴A持裝置簡化了裝載任務(wù)，同樣，當(dāng)卸載機(jī)器人執(zhí)行夾持開箱操作時(shí)，在測(cè)量托盤驗(yàn)證結(jié)論后再執(zhí)行夾持開箱操作，也可以通過兼容的夾持裝置簡化卸載任務(wù)。四、上下料控制設(shè)計(jì)根據(jù)以上總體設(shè)計(jì)框架和功能技術(shù)指標(biāo)分析，進(jìn)行了毛坯自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用SISA/EISA/微通道擴(kuò)展總線加載銑床自動(dòng)上下料控制指令，結(jié)合模糊積分變換控制方法交叉編寫執(zhí)行程序1L，并在嵌入式環(huán)境下進(jìn)行各功能模塊的硬件開發(fā)與設(shè)計(jì)。具體描述如下：1、AD模塊AD模塊如圖2所示。圖2AD模塊集成信息處理模塊集成信息處理模塊電路設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3集成信息處理模塊電路設(shè)計(jì)中央處理器模塊中央處理單元模塊的電路設(shè)計(jì)如圖4所示圖4中央處理單元模塊電路設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料控制模塊自動(dòng)上下料輸出控制模塊的界面設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5自動(dòng)上下料控制模塊的界面設(shè)計(jì)上位機(jī)和下位機(jī)模塊模塊的電路設(shè)計(jì)如圖6所示。圖6模塊的電路設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮募煽刂颇K人機(jī)交互設(shè)計(jì)電路如圖7所示。圖7交互控制功能的設(shè)計(jì)電路五、結(jié)束語本文提出了一種基于工業(yè)機(jī)器人的銑床上下料自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。首先，分析了銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。銑床自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)模塊、綜合信息處理模塊、中央處理器模塊、上下料自動(dòng)輸出控制模塊、上位機(jī)、下位機(jī)和面向?qū)ο蟮木C合控制模塊組成。然后對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用EISA/EISA/微通道擴(kuò)展總線加載銑床自動(dòng)上下料控制指令。以集成信息處理的DSP芯片為核心處理器，對(duì)銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的指令進(jìn)行讀寫。最后，在ARM嵌入式微處理器環(huán)境下進(jìn)行了銑床上下料自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)和總線開發(fā)。通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的性能，論證了本文設(shè)計(jì)的銑床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的優(yōu)越性能。參考文獻(xiàn)：[1]岑土恩.基于ABB工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控銑床上下料自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].輕工科技,2021,37(03):83-85.[2]欒京東,馬琪,郭明儒