啤酒生產線六自由度機械手抓瓶控制系統設計

ID:70481 · 發表于 2014-12-17 14:50

啤酒生產線介紹：

機械手抓瓶視頻：

啤酒生產線六自由度機械手抓瓶控制系統設計：
任務要求

裝箱工藝主要分為2個部分：視覺檢測系統和機械手分部。

視覺檢測系統工作目的是：通過裝置于合適位置的攝像頭，對擺放在裝箱工作臺上的空箱體進行拍攝，并對所拍攝到的圖像進行處理，獲取裝瓶位的實時坐標，并將坐標傳送至控制機械手的PLC。

機械手部分的主要工作是：根據視覺檢測系統所獲得的裝瓶位坐標，按照一定的軌跡，將通過貼標分部的瓶體依次裝入箱體的裝瓶位。

項目技能點

1). 熟悉三菱Q系列PLC；

2). 熟悉三菱編程軟件GXDeveloper的使用方法；

3). 熟悉三菱六自由度機械手的使用

硬件介紹

本啤酒生產線裝箱分部所采用的是Q系列PLC的CPU為Q03UDCPU和Q172DRCPU。其中，Q03UDCPU為主CPU，Q172DRCPU為從CPU，即機器人CPU。

本次設計機器人分部中使用控制器為CR1Q-700系列，此控制器是與設計中使用的機械手專門匹配的控制器，為小型控制器，CPU設置類型為外部設置，在PLC基板上插入機器人控制器，省配線，不需要I/O模塊，使系統成本降低。

機械臂為RV-3SQ系列六自由度機械臂，為執行動作的單元，具體型號為RV-3SQ-S11。

機械臂共六個關節，每個關節內有一個伺服電動機，由絕對編碼器來檢測位置。控制器與機械手間也是獨立的，通過兩條線纜即馬達動力線和編碼器信號線來連接它們，其中馬達線用來提供動力來驅動電機，信號線提供信號來控制電機。

硬件連接圖

軟件介紹

本分部用到軟件：

1、 RT ToolBox2

用于編寫機器人程序

2、 MELFA-Vision

視覺軟件，從攝像頭拍攝的相片中識別圓孔位置

3、 GX Developer

用于與前后分部的通信，程序已寫好（不到10行），不需要管

RT ToolBox2使用方法：

軟件的運行狀態分為三種：離線、在線、模擬。

1、模擬狀態

選擇工作區-新建，通信設置如下：

IP Address=192.168.0.5

Port=10001

Send Timeout=5000msec

Recieve Timeout=30000msec

之后在菜單欄在線中選擇模擬，在左側工作區展開在線-程序，右鍵選擇新建，編寫程序，例如：（以下為本例中所用程序）

編輯完成按CTRL+S保存，將鼠標置于工作區編寫的程序文件名處，右鍵選擇調試狀態下打開，開始模擬。

2、在線狀態

在線模式時，菜單欄在線中選擇在線，展開左側工作區在線-程序，編寫程序完畢后，在程序編輯區右鍵選擇全寫入，程序即可下載到控制器中。若在程序文件名處，右鍵選擇調試狀態下打開，則可進行實時調試。

程序的運行：

手控器背面白色按鈕應彈開，并將鑰匙旋轉至自動模式，按下SVO ON打開伺服電源，按下START運行程序。

另外還有示教模式可以手動控制機械臂，位置坐標可以實時讀入。使用時先將鑰匙旋轉至手動模式，再將手控器背面白色按鈕應按下，拉住手控器背面黃色按鈕（注意不要拉到頭），按下SERVO鍵，4秒后伺服指示燈亮，再按下JOG進入示教模式。可以選擇XYZ模式或JOINT模式。其中ＸＹＺ模式下，X、Y、Z控制機械臂末端位移，A、B、C控制姿態。JOINT模式下，控制各個關節單獨運動。按下HAND鍵控制手爪，-C抓合，+C松開。

MELFA-Vision使用方法：

建立作業，點擊下圖綠色按鈕聯機

然后在RT TOOLBOX中運行示例程序，程序中調用運行作業（本例中使用的作業為“2013.job”）并使用函數讀取識別的圓孔坐標

所做工作：

1、程序流程圖設計

注意，這里只是開環控制，沒有引入反饋，系統不知道瓶子是否放到位。作為改進，我

們設計了一種閉環控制系統，系統實時監測機械臂抓手位置并與放瓶位進行比較，通過偏差消除偏差。閉環系統框圖如下：（紫色區域為增加的閉環部分）

2、程序代碼

Ovrd 30 '速度30%

Mov P0 '開始移動到安全位置

HOpen 1 '打開手抓

If M_NvOpen(1)<>1 Then '如果端口沒有打開

NVOpen "COM2:" As #1 '打開2號端口作為1號

EndIf

Wait M_NvOpen(1)=1 '等待打開

NVLoad #1,"2013" '讀入視覺里的程序“2013”

NVPst #1,"2013","E76","J81","M100",0 '調用程序“2013”存入單元E76到J81中的數據

For M1=1 To M_NvNum(1) '數據編號從1開始循環

Mov P1 '抓瓶位置前方

Mvs P2 '抓瓶位置

Dly 0.1 '延時

HClose 1 '閉合手抓

Dly 0.2

Mov P6 '抓瓶位置上方

Mov P4 '姿態調整

Mov P5 '放瓶位置上方

P10.X = P_NvS1(M1).X '調取視覺輸出X坐標

P10.Y = P_NvS1(M1).Y '調取視覺輸出Y坐標

P10.Z = 450

P11=P10

P11.Z=370

Mov P10 '移動至放瓶位置

Mvs P11 '垂直下放瓶

Dly 0.1

HOpen 1

Dly 0.2

P11.X=P10.X-20 '以下程序前后左右晃動是為了使瓶子更容易落入孔中

Mvs P11

P11.X=P10.X+20

Mvs P11

P11.Y=P10.Y-20

Mvs P11

P11.Y=P10.Y+20

Mvs P11

P11.X=P10.X-20

Mvs P11

P11.X=P10.X+20

Mvs P11

P11.Y=P10.Y-20

Mvs P11

P11.Y=P10.Y+20

Mvs P11

P10.Y=P10.Y+50

Mvs P10

Next M1 '下一個放瓶編號

Mov P0

Hlt ' 暫停

End

各點坐標：

P0=(463.910,-75.340,680.230,-120.360,75.850,-46.420)(6,0)

P1=(459.520,-147.240,328.670,-121.440,76.300,-46.810)(6,0)

P2=(453.870,-70.340,329.430,-120.450,75.850,-46.490)(6,0)

P3=(57.620,-500.830,562.160,-125.830,85.470,152.050,0.000,0.000)(6,0)

P4=(403.440,-178.560,679.430,-97.990,84.750,-117.210)(6,0)

P5=(8.460,-433.000,696.350,-106.650,84.670,170.590)(6,0)

P6=(463.910,-75.340,680.230,-120.360,75.850,-46.420)(6,0)

P7=(8.460,-433.000,696.350,-106.650,84.670,170.590)(6,0)

P10=(270.060,-647.260,450.740,-125.830,85.470,152.050,0.000,0.000)(6,0)

P11=(270.060,-647.260,362.160,-125.830,85.470,152.050,0.000,0.000)(6,0)

3、最終效果

本程序最終效果，12個瓶中有兩個未能成功落入孔中，抓瓶和下落過程還有偏差，有待完善！

4、感想：

這次實習通過對三菱六自由度機械手的學習，讓我學到了很多東西。剛開始的時候感覺困難重重，不知道該從何下手。通過對使用文檔的閱讀和向老師請教，慢慢熟悉了機械手的示教方法和編程方法，后來又學會了視覺系統的使用以及校正。最后通過努力，將視覺系統與機械手結合在一起，達到了預期的效果。在這短短幾天的實習中，每天都有新的問題，同時也有新的進展。這讓我明白了無論學習還是做事，只要迎難而上并持之以恒，沒有解決不了的問題。

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