基于六轴驱动机器人的智能控制与实现

高婷婷

（济南工程职业技术学院，山东济南，250200）

1 工业机器人的工作原理

工业机器人主要由六部分组成，它们分别是执行机构、感知系统、驱动系统、控制系统及相应的软件系统、人机交互系统。

由图1可知，工业机器人基本组成结构中，人机交互系统是是人与机器人信息交互的窗口，控制系统是六个轴的位资手臂运算单元，软件系统为实现相应的功能为机器人传送相应的指令，驱动系统是对伺服电机的控制，是机械手臂运动的动力源，执行机构是机器人本体，是实现要求功能的最直接部件，感知系统对机器人执行动作进行监控，出现错误时及时报错。通过以上介绍可知，要想机器人执行某一功能，首先通过软件系统将指令传送给机器人，绕后通过人机交互系统，对于程序中特定的点进行示教，使用手操作器使用直交和关节操作方式将机器人抓手移动到特定的点，用软件记下此点的位置信息后示教结束，待所有点示教结束以后执行程序，此时控制系统通过驱动系统驱动机器人本身进行操作，感知系统同步检测机器人的运动轨迹，出现错误通过时出现错误警告文本框，严重错误直接中断程序。

2 工业机器人功能

机器人的主要功能是码垛搬运，而码垛搬运主要有平面到平面的搬运、平面到平面的码垛、平面到斜面的搬运、平面通过附加轴到平面的搬运、平面到平面随机的搬运（用于抽查合格率）等方式加工，本文主要讲解平面到平面的随机搬运时如何实现的。机器人的码垛搬运功能通过六轴的协调运动完成，其中基座之上为J1轴，肩部为J2轴，肩部连接上臂（第1机械臂），肘部为J3轴，肘部连接前臂（第二机械臂），前臂为J4轴，前臂连接腕部，腕部为J5轴，腕部连接机械接口，机械接口为J6轴，六轴协调工作，根据命令的要求，完成指定的路径。本文功能实现所使用机器人为六轴驱动机器人如图2所示。

图1 工业机器人基本构成

图2 六轴驱动机器人

3 机器人编程实现功能

自动编程可分为机器人路径规划和机器人控制程序生成2个步骤。机器人平面到平面的搬运的路径中设定的位置点有中间位置点、抓取点、抓取点上方30mm点、放置点、放置点上方30mm位置点，机器人的运动路径为机器人开始在中间位置点处，曲线移动到抓取点上方30mm位置点处，垂直向下移动到抓取点，抓取物品，回到抓取点上方30mm位置点处，曲线到中间位置点处，曲线到放置点上方30mm位置点处，垂直向下移动到放置点将物品放下，垂直向上回到放置点上方30mm处，曲线回到中间位置点，一个搬运循环结束。机器人控制程序的生成，程序流程图如图3所示。

我们使用的机器人为三菱RV-4F型机器人，使用仿真软件为RTToolBox2机器人仿真软件，将控制机器人的电脑通过通信线路连接到机器人，打开控制软件将程序写入软件中，通过手操器示教，phome，ppick，pfang等特殊位置点的坐标，示教结果如表1所示。

图3 机器人搬运程序流程图

表1 特殊位置点示教结果

图4 机器人控制器界面

准备工作完毕，开启机器人控制器对程序及执行的功能进行调试，首先伺服上电，运行程序的行号跳转到1，刚开始调试不知是否有错误，将调试的运行速度尽量放慢，5%-10%最佳，开始建议单步运行，便于及时发现错误并改正，待程序无错误时改为自动运行，观看机器人运行效果，这是运行速度可以提高，建议低于80%为佳，因为过高的速度，机器人会产生抖动，影响示教点的准确定。

4 机器人随机功能的实现

平面到平面的随机搬运的实现，一般机器人可以实现左边顺序右边随机的功能，显示的随机抽查检验中，希望抽查到了产品是随机的，并且检验该产品的检验设备编号也是随机的，这就要求实现左边随机右边也是随机的。为了工厂现实需要我们设计了次程序实现左边随机右边随机的功能。

程序规划路径为左边首先顺序放置产品，搬运到右边为随机，再到左边为随机，再到右边为随机，如此循环往复，难点在于右边为随机时再往左边移动时，机器人必须记住此时的随机数才能到制定位置抓取产品，否则就会抓取不到产品。机器人随机控制程序生成，我们以八位随机数为例，随机函数程序如下：

＊A

c1$=Right$(C_Time,2)

mrndbs=Cvi(c1$)

mrnd(1)=Int(Rnd(mrndbs)＊9) ＊ 随机函数产生 0.0-1.0的数值，想要得到1-8整数所以乘以9

If mrnd(1)=0 Then GoTo ＊A

For d1=2 To 8

mrnd(d1)=Int(Rnd(0)＊9)

For d2=1 To d1

If d2=d1 Then GoTo ＊B

If mrnd(d1)=mrnd(d2) Or mrnd(d1)=0 Or mrnd(d1)＞8 Then＊检测是否有重复的数值及大于8的数值

mrnd(d1)=Int(Rnd(0)＊9)

d2=0

EndIf

＊B

平面到平面的随机搬运流程为设置初始值，调用随机数生成函数mrnd1（m1），判断m1的范围是否在[1,8]之间，如果是m1自加1，顺序左到随机右将Ppick（m1）移动到Pfang（mrnd1（m1）），继续监测m1值得范围，超出范围则调用随机数生成函数mrnd2（m2），判断m2的范围是否在[1,8]之间，如果是m2自加1，顺序右到随机左将Pfang（mrnd1（m1））移动到Ppick（mrnd2（m2））位置，继续监测m1值得范围，超出范围则调用随机数生成函数mrnd1（m1），判断m1的范围是否在[1,8]之间，如果是m1自加1，随机左到随机右将Ppick（mrnd2（m2））移动到Pfang（mrnd1（m1））位置，超出范围则回到循环起点。平面到平面随机搬运流程图如图5所示。

图5 机器人平面到平面随机流程图

打开控制软件将程序写入软件中，通过手操器示教，phome，ppick(8)，pfang(8)等特殊位置点的坐标，示教结果如表2所示。

表2 随机位置点示教结果

开启机器人控制器对程序及执行的功能进行调试，待调试无误后执行程序得到机器人完成任务的过程，机器人在工作中的图形如图6所示。

图6 机器人执行随机任务

图6为机器人执行随机任务过程，目前为左顺序到有随机，后续将执行右随机到左随机，如此循环往复。以上为实验室实验过程，在实际工厂应用用完全可以使用附加轴实现长距离传输，附加轴使用时需在示教特殊点时加上附加轴L来的坐标数据，机器人具有工作精度高、工作时间长、节约大量人力等特点在企业中获得广泛应用。

5 结束语

本文以三菱RV-4F型机器人为研究对象，采用机器人路径规划和机器人控制程序生成，实现的机器人实现平面到平面搬运，通过对随机函数的研究，得到了八位随机数产生函数，最后将随机数产生函数应用到程序的循环指令中，是机器人能记忆前一次产生的随机数，将需移动产品准确无误的移动到另外的位置，通过实验室机器人的操作，机器人成功的完成了预期的功能，为机器人在工业领域的应用奠定的基础。