CN109626002A - 自动码垛机器人及其控制方法 - Google Patents
自动码垛机器人及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109626002A CN109626002A CN201910062571.0A CN201910062571A CN109626002A CN 109626002 A CN109626002 A CN 109626002A CN 201910062571 A CN201910062571 A CN 201910062571A CN 109626002 A CN109626002 A CN 109626002A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- control method
- box
- moves
- machine people
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
- B65G61/00—Use of pick-up or transfer devices or of manipulators for stacking or de-stacking articles not otherwise provided for
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公布了一种自动码垛机器人及其控制方法，采用桁架式机械机构，控制系统包括上位机端软件设计与下位机设计，并采用ModbusTCP协议进行通信。上位机采用安装有Windows系统的PC机，通过摄像头对包装盒的图像信息进行采集，在上位机软件端进行匹配识别并计算出待抓取包装盒的位置信息，引导机器人对其进行抓取，完成分类码垛过程。下位机通过对四个步进电机的控制，实现对抓取机械手的X轴、Y轴、Z轴的运动控制以及机械手的水平旋转控制。将图像识别与码垛机器人结合，使之具有识别和定位功能，利用图像识别功能实现对待抓取包装盒的定位以及分类码垛的工作过程，可以进行包装盒的定位抓取与分类码垛。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种自动码垛机器人及其控制方法。
背景技术
码垛机器人是用在工业生产过程中执行大批量工件、包装件的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人，是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学等学科于一体的高新机电产品。码垛机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本、降低工人劳动强度、改善生产环境等方面具有很大潜力。
国外是在20世纪60年代开始了对工业机器人的研究和应用。在研究方面,随着工业机器人技术日趋成熟，码垛机器人出现了。对于它的硏究,很多发达国家都取得了一定的成就。比如,德国的KUKA、瑞典的 ABB、日本的安川电机等公司。在应用现状方面,码垛机器人纷纷被应用到工业生产中。总的来说,首先,在发达国家中,码垛机器人本身开始采用新的结构,控制系统的性能也优于过去,融入了很多高新技术。此外,码垛机器人在很多行业广泛被应用。比如,物流、包装、化工、医药。从某种意义上,国外的码垛机器人已经使相应的生产能力以及企业经济效益得到了极大地提髙。国外码垛机器人总体特点主要体现在结构新颖，不仅减小了自重，而且提高了机器人的工作空间；控制系统优越，开放的 PC 控制系统，体积小，速度快，提高了机器人性能；应用范围广，多领域多行业的应用，极大地开拓了码垛机器人的市场。
我国是在20世纪70年代开始硏究和应用工业机器人的。但由于受到很多因素的阻碍,我国工业机器人的发展速度一直很缓慢,硏究和应用方面的水平根本没法同国外相比。码垛机器人技术是在改革开放以后才得到了迅速发展。在硏究现状方面,我国研发的码垛机器人主要有关节型、直角坐标型两种。同时,科学家们纷纷对码垛机器人进行完善,并硏制新型的工业码垛机器人。最近几年，我国涌现出的具有较强实力的科研院校和企业主要有哈尔滨工业大学，上海交通大学以及沈阳新松机器人自动化股份有限公司等。我国的码垛机器人研究虽然起步较晚，技术水平与国外相比差距较大，但在码垛机器人的应用上仍然取得了一定成果。
目前普遍应用于生产的码垛机器人一般都采用示教的方法，预先设定好抓起点和摆放点，这种工作方式不能灵活的对码放物品情况进行实时分析和判断。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动码垛机器人及其控制方法，该机器人具有图像识别功能，结构合理，功能完善。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：
自动码垛机器人，包括有控制系统和桁架式机械机构, 所述控制系统包括有上位机系统和下位机系统，上、下位机系统之间采用ModbusTCP协议进行通信，上位机系统由安装有Windows操作系统的PC机和采用USB接口摄像机组成，下位机系统包括有PLC、步进电机驱动器、步进电机、限位开关、电磁阀和起停按钮，
所述桁架式机械机构包括有X轴支架；Y轴支架；Z轴；机械手；摄像头支架；X、Z轴电机支架；Y轴电机支架，其中X轴支架、Y轴支架、Z轴安装有线轨和齿条以及限位开关作为机械手进行三维空间运动的平台，机械手安装有步进电机和真空吸盘作为自动码垛机器人的抓取装置，摄像头支架用于固定摄像头，X、Z轴电机支架和Y轴电机支架分别用于固定X、Z轴步进电机和Y轴步进电机。
进一步地，所述PLC为西门子S7-1200PLC，采用24V直流电源供电，利用其本身集成的PROFINET网络接口与PC机通信；控制系统中设置有数字量输入信号10路，包括启动、停止、急停按钮各1路，每个电机轴限位输入各2路，共6路，以及光电传感器输入1路；控制系统中设置有数字量输出信号14路，包括4路高速脉冲输出，4路电机运转方向控制输出，4路电机轴使能输出和1路电磁阀控制输出以及1路运行指示灯输出；所述电机为2HSS57-A-XX 混合式步进电机，输入电压为24-50VDC，连续电流为4.5A、20KHz，最大脉冲频率为200KHZ；PLC与2HSS57-A-XX混合式步进电机的驱动器之间采用单端共阴极接线方式，将PUL-、DIR-、ENA-接地，控制信号脉冲输出、方向输出以及使能输出由PIL+、DIR+、ENA+接入驱动器；所述限位开关采用PL-05N NPN型金属感应直流接近开关。
进一步地，所述机械手为气动机械手，由真空吸盘组件组合而成；所述机械手处安装有光电传感器。
进一步地，所述摄像头为工业800万快速自动对焦USB免驱动摄像头。
自动码垛机器人的控制方法，包括有上位机系统的控制方法和PLC的控制方法，上位机系统作为ModbusTCP的客户端，PLC作为服务器，上位机系统负责处理采集图像信息，并匹配识别结果和计算抓取坐标值，同时根据机器人的动作情况和码垛规则设置、盒子参数设置信息及时计算出包装盒码放坐标值，然后通过ModbusTCP协议发送给下位机系统，下位机系统是以西门子S7-1200PLC为核心控制器的系统，根据上位机发送的坐标值完成码垛过程。
进一步地，所述上位机系统作为ModbusTCP的客户端，其控制方法包括以下步骤：
（1）开始后，确定从设备地址；
（2）确定寄存器地址和数据；
（3）确定功能码和数据；
（4）调用Modbus接口API；
（5）构造Modbus消息帧；
（6）发送TCP数据；
（7）等待接收响应帧；
（8）判断是否为有效的消息帧；
（9）如果是有效的消息帧，则更新状态；
（10）检测从设备地址；
（11）检测功能码和数据；
（12）提取数据；
（13）更新画面；
（14）结束；
步骤（9）中如果不是有效的消息帧，则更新状态后直接更新画面；步骤（10）如果检测不到设备地址，则直接更新画面；
步骤（11）检测不到功能码和数据，则直接更新画面。
进一步地，所述包装盒码放坐标值计算程序流程包括以下步骤：
（1）读取码放规则设置和盒子参数设置；
（2）调用ModbusTCP读取程序，读取码放动作标志位；
（3）判断是否码放完成；
（4）如果码完则计算下一个码放坐标X、Y、Z值与角度值；
（5）判断码放行数是否完成；
（6）如果已经完成，则判断码放列数是否完成；
（7）如果已经完成，则判断码放高数是否完成；
（8）如果已经完成，则码放堆数加1；
步骤（3）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（2）；步骤（5）、（6）、（7）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（4）。
进一步地，所述PLC作为ModbusTCP的服务器端，其控制方法包括以下步骤：
（1）获得TCP数据；
（2）判断地址和数据长度；
（3）判断是否为Modbus消息帧；
（4）如果是，则更新状态；
（5）判断是否为有效的消息帧；
（6）如果是，则更新状态；
（7）设置参数的对应内存；
（8）获取对应的内存值；
（9）构造响应消息帧；
（10）返回响应帧长度；
（11）通过API检测状态；
（12）发送TCP数据；
（13）结束；
步骤（3）中如果判断结果不是Modubs消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度；步骤（5）中如果判断结果不是有效的消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度。
进一步地，还包括有轴复位控制方法，所述的轴复位控制方法包括以下步骤：
（1）开始后，系统初始化；
（2）各轴使能：X轴向左移动、Y轴向前移动、Z轴向上移动；
（3）分别判定各轴是否运动至限位；
（4）如果X轴运动至限位，则X轴向右移动一定距离并停止；如果Y轴运动至限位，则Y轴向后移动一定距离并停止；如果Z轴运动至限位，则Z轴向下移动一定距离并停止；
（5）判断三轴均是否到位；
（6）如果三轴均到位，则轴复位结束；
（7）发送标志位给上位机；
步骤（4）：中如果X轴没有运动至限位，则X轴向左移动；如果Y轴没有运动至限位，则Y轴向前移动；如果Z轴没有运动至限位，则Z轴向上移动；
步骤（5）中如果三轴没有到位；则继续判断三轴是否到位。
进一步地，还包括有连续运行控制方法，所述连续运行控制方法包括以下步骤：
（1）开始后进行通信；
（2）各轴复位；
（3）判断各轴是否完成复位；
（4）如果各轴完成复位，则读取盒子摆放位置信息；步骤（4）中如果各轴没有完成复位，则返回到步骤（2）进行复位；
（5）各轴复位坐标与盒子摆放坐标计算得出各轴需要移动的距离；
（6）各轴按照相对距离移动；
（7）判断各轴是否运动到目标位置；
（8）如果各轴运动到目标位置,则打开电磁阀并发送标志位给上位机；步骤（7）中如果各轴未运动到目标位置，则返回到步骤（6）；
（9）读取码放盒子目标位置信息；
（10）与码放盒子位置计算得出各轴需要移动的距离；
（11）各轴电机向目标位置移动；
（12）通过光电传感器判断盒子是否掉落；
（13）判断各轴是否运行至目标位置；
（14）如果各轴已经运行至目标位置并且盒子没有掉落，则断开电磁阀；步骤（13）中如果各轴未运行至目标位置，则返回到步骤（13）；步骤（12）中如果盒子意外掉落则各轴停止并报警；
（15）发送标志位给上位机；
（16）重复步骤(4)-(15)。
本发明所具有的优点及有益效果是：
本发明自动码垛机器人是以包装盒作为待码放物品类型的自动码垛机器人，采用桁架式机械机构，控制系统包括上位机端软件设计与下位机设计，并采用ModbusTCP协议进行通信。上位机采用安装有Windows系统的计算机，通过摄像头对包装盒的图像信息进行采集，在上位机软件端进行匹配识别并计算出待抓取包装盒的位置信息，引导机器人对其进行抓取，完成分类码垛过程。下位机采用西门子S7-1200PLC为控制器，通过对四个步进电机的控制，实现对抓取机械手的X轴、Y轴、Z轴的运动控制以及机械手的水平旋转控制。将图像识别与码垛机器人结合，使之具有识别和定位功能，利用图像识别功能实现对待抓取包装盒的定位以及分类码垛的工作过程，可以进行包装盒的定位抓取与分类码垛。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述：
图1为本发明自动码垛机器人桁架式机械结构图；
图2为本发明自动码垛机器人控制系统示意图；
图3为 S7-1200 外部接线图；
图4为 控制信号与驱动器共阴极接线图；
图5 为主界面图；
图6为 码放规则设置界面图；
图7 为ModbusTCP客户端程序流程图；
图8 为包装盒码放位置计算程序流程图；
图9 为设备端程序流程图；
图10为各轴复位程序流程图；
图11 为自动码垛机器人连续运行程序流程图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明自动码垛机器人包括有控制系统和桁架式机械机构, 如图1所示，所述桁架式机械机构,包括有X轴支架1；Y轴支架4；Z轴3；机械手6；摄像头支架7；X、Z轴电机支架5；Y轴电机支架2；其中X轴支架、Y轴支架、Z轴安装有线轨和齿条以及限位开关作为机械手进行三维空间运动的平台，机械手安装有步进电机和真空吸盘作为码垛机器人的抓取装置，摄像头支架用于固定摄像头，X、Z轴电机支架和Y轴电机支架分别用于固定X、Z轴步进电机和Y轴步进电机。在X轴支架上安装有平行的两条线轨、一条齿条，都由螺丝和T型螺母固定；在Y轴支架上的左右两侧分别通过螺丝和T型螺母固定一条齿条与一条线轨，其中齿条分别安装在Y轴支架左右两条横梁的内侧，线轨分别安装在Y轴支架左右两条横梁的上面；在Z轴上通过螺丝和T型螺母平行固定一条齿条与一条线轨。六个限位开关分别通过螺丝和T型螺母固定在X轴支架、Y轴支架的左侧横梁、Z轴的两端位置。
X轴支架1通过线轨滑块与固定在Y轴支架4上的线轨相连接，X、Z轴电机支架5上分别固定有用于连接X轴支架1和Z轴3的线轨滑块，进而X轴支架1与Z轴3连接在一起，而机械手6通过连接件与Z轴固定，摄像头支架7由角铁连接件固定在Y轴支架4上, Y轴电机支架2通过螺丝与螺母固定在X轴支架1。
步进电机安装在机械手的上部，机械手由联轴器与电机轴固定。四组真空吸盘安装在机械手的底部，分别由连接件固定在机械手上。
如图2所示，所述控制系统包括有上位机系统8和下位机系统9，上、下位机系统之间采用ModbusTCP协议进行通信，上位机系统由安装有Windows操作系统的PC机10和采用USB接口摄像机11组成，下位机系统包括有PLC12、步进电机驱动器13、步进电机14、限位开关15、电磁阀16和起停按钮17。PC机安装在控制电箱上，PLC通过电气导轨安装在控制电箱的背板上，PC机与PLC通过以太网线相连，PLC通过导线与限位开关、步进电机驱动器、启停按钮、电磁阀相连。电磁阀安装在控制电箱的背板上，由电气导轨和螺丝、螺母固定。启停按钮安装在控制电箱的操作面板上。
上位机系统通过摄像头采集图像信息，利用上位机系统控制软件对待抓取包装盒进行定位与识别，然后将待抓取包装盒的位置坐标、旋转角度、码放坐标、识别结果等数据发送给PLC，同时可以对码垛规则、盒子信息等参数进行设置。
下位机系统采用西门子S7-1200PLC为核心控制器，利用其脉冲输出、方向输出以及使能输出控制X轴、Y轴、Z轴、机械手旋转电机的电机驱动器，进而实现对机械手的X轴、Y轴、Z轴以及水平旋转轴的位置、速度控制，同时对上位机系统发送的坐标信息进行计算处理，完成码垛过程。在此过程中，首先电机驱动器接收到来自控制器PLC的高速脉冲信号，然后经过运算放大，进而驱动步进电机按照设定的速度和方向运动。同时，步进电机驱动器再接收来自电机编码器传来的反馈信息，与之前接收到的脉冲指令进行比较，最终实现对码垛机器人各轴运动的闭环控制。
通过控制电磁阀打开和关闭实现对安装在机械手上的真空吸盘吸气动作，来达到对包装盒的抓取和放下过程。限位开关主要用于各个轴的限位以及各个轴的位置初始化，光电传感器18安装在码垛机器人机械手处，用于检测机械手是否吸取到包装盒。同时也可以在码垛过程中用来检测包装盒是否意外掉落等情况。
如图3所示，在控制系统中设置有数字量输入信号10路，包括启动、停止、急停按钮各1路，每个电机轴限位输入各2路，共6路，以及光电传感器输入1路。数字量输出14路，包括4路高速脉冲输出，4路电机运转方向控制输出，4路电机轴使能输出和1路电磁阀控制输出以及1路运行指示灯输出。PLC外部接线图如图3所示，所述PLC为西门子S7-1200PLC，采用24V直流电源供电，利用其本身集成的PROFINET网络接口与PC机通信。
如图4所示，所述电机为2HSS57-A-XX 混合式步进电机，2HSS57-A-XX 混合式步进伺服驱动系统是在数字步进驱动中完美融合了伺服控制技术，电机采用光学编码器，每50微秒高速采样位置反馈，一旦出现位置上的偏差可立即修正位置偏差量，定位准确。兼容步进技术和伺服技术的双重优点，具有发热小、振动小、加速快等特点，采用变电流控制技术，电流效能高，并且内置加减速控制，能够有效改善起停平滑性。输入电压为24-50VDC，连续电流为4.5A、20KHz，最大脉冲频率为200KHZ。
如图4所示，PLC与2HSS57-A-XX混合式步进电机的驱动器19之间采用单端共阴极接线方式，将PUL-、DIR-、ENA-接地，控制信号脉冲输出、方向输出以及使能输出由PIL+、DIR+、ENA+接入驱动器。
为保证机械手在运动过程中一直在允许的安全范围内运行，在机械结构设计中加入了每个轴运行终点的限位设置，限位开关采用PL-05N NPN型金属感应直流接近开关。
机械手采用气动机械手，由真空吸盘组件组合而成，包括支架、气排、真空发生器、电磁阀。
光电传感器安装在码垛机器人机械手处，用来检测包装盒是否意外掉落，选用激光漫反射感应开光LXJG18 PNP，检测距离为2-50CM可调。
图像采集采用工业800万快速自动对焦USB免驱动摄像头，其自身采用SonyIMX179芯片，画质清晰成像稳定，93°超广角镜头使得视角无畸变无弧度。
本发明码垛机器人的控制方法，包括有上位机系统的控制方法和PLC的控制方法，上位机系统作为ModbusTCP的客户端，PLC作为服务器，上位机系统负责处理采集图像信息，并匹配识别结果和计算抓取坐标值，同时根据机器人的动作情况和码垛规则设置、盒子参数设置信息及时计算出包装盒码放坐标值，然后通过ModbusTCP协议发送给下位机系统，下位机系统是以西门子S7-1200PLC为核心控制器的系统，根据上位机发送的坐标值完成码垛过程。
上位机系统作为ModbusTCP的客户端，PLC作为服务器，由上位机系统控制读取和发送数据。发送数据包括待抓取包装盒摆放位置坐标、两种盒子高度、匹配识别结果、码放盒子坐标、码放盒子角度。读取的数据包括PLC端码放动作标志位和报警数据。
上位机系统采用的控制软件是在Windows操作系统下，利用C#语言并结合开源图像处理库EmguCV与开源Modbus通信库libModbus编译而成。如图5、6所示，控制软件设计结构上共分为用户登录界面、主界面、码放规则设置界面、PLC通信设置界面、特征匹配设置界面、定位参数设置界面、图像采集设置界面、用户修改界面、测试面板界面。
主界面上分为定位显示区、匹配识别显示区、启动按钮、停止按钮、重置按钮、码放进度显示。在定位显示区和匹配识别显示区可以显示摄像机采集的实时图像以及对应数据结果。
如图7所示，上位机系统的控制方法，包括以下步骤：
（1）开始后，确定从设备地址；
（2）确定寄存器地址和数据；
（3）确定功能码和数据；
（4）调用Modbus接口API；
（5）构造Modbus消息帧；
（6）发送TCP数据；
（7）等待接收响应帧；
（8）判断是否为有效的消息帧；
（9）如果是有效的消息帧，则更新状态；
（10）检测从设备地址；
（11）检测功能码和数据；
（12）提取数据；
（13）更新画面；
（14）结束。
步骤（9）中如果不是有效的消息帧，则更新状态后直接更新画面；
步骤（10）如果检测不到设备地址，则直接更新画面；
步骤（11）如果检测不到功能码和数据，则直接更新画面。
上位机控制软件根据码垛规则设置和盒子参数设置自动计算出码放盒子的位置来实现码垛过程。
如图8所示，所述包装盒码放坐标值计算程序流程包括以下步骤：（1）读取码放规则设置和盒子参数设置；
（2）调用ModbusTCP读取程序，读取码放动作标志位；
（3）判断是否码放完成；
（4）如果码完则计算下一个码放坐标X、Y、Z值与角度值；
（5）判断码放行数是否完成；
（6）如果已经完成，则判断码放列数是否完成；
（7）如果已经完成，则判断码放高数是否完成；
（8）如果已经完成，则码放堆数加1；
步骤（3）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（2）；
步骤（5）、（6）、（7）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（4）。
如图9所示，下位机PLC利用西门子博途V15软件进行组态设计。PLC端程序主要包括PLC与上位机通信程序设计，机器人复位程序设计以及机器人连续运动程序设计。
下位机PLC与上位机之间利用Modbus TCP协议通信，上位机作为客户端，PLC作为服务器端，二者利用IP地址即可通信。在PLC程序配置中设置接口地址为64，ID为1，本机端口地址为1502。如图9所示，设备端通信程序流程包括以下步骤：
（1）开始后，获取TCP数据；
（2）判断地址和数据长度；
（3）判断是否为Modbus消息帧；
（4）如果是，则更新状态；
（5）判断是否为有效的消息帧；
（6）如果是，则更新状态；
（7）设置参数的对应内存；
（8）获取对应的内存值；
（9）构造响应消息帧；
（10）返回响应帧长度；
（11）通过API检测状态；
（12）发送TCP数据；
（13）结束；
步骤（3）中如果判断结果不是Modbus消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度；
步骤（5）中如果判断结果不是有效的消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度。
机器人在进入连续运动模式前，均需要进行复位操作。系统上电复位的目标是使各轴均运动到原点位置，这一动作的实现需要借助分布在各端点的电磁限位开关完成。如图10所示，各轴复位流程包括以下步骤：
（1）开始后，系统初始化；
（2）各轴使能：X轴向左移动、Y轴向前移动、Z轴向上移动；
（3）分别判定各轴是否运动至限位；
（4）如果X轴运动至限位，则X轴向右移动一定距离并停止；如果Y轴运动至限位，则Y轴向后移动一定距离并停止；如果Z轴运动至限位，则Z轴向下移动一定距离并停止；
（5）判断三轴均是否到位；
（6）如果三轴均到位，则轴复位结束；
（7）发送标志位给上位机；
步骤（4）：中如果X轴没有运动至限位，则X轴向左移动；如果Y轴没有运动至限位，则Y轴向前移动；如果Z轴没有运动至限位，则Z轴向上移动；
步骤（5）中如果三轴没有到位；则继续判断三轴是否到位。
根据码垛机器人的实际工作要求，当机器人处于连续运行状态时其基本动作可分解为：通信—复位—读取盒子摆放位置信息—抓取盒子—读取盒子码放位置信息—码放盒子—退回下一循环开始。连续运动程序是PLC控制程序中最重要的部分，机器人在该程序的驱动下循环往复地进行码垛作业。机器人在连续运行模式下的位移、速度、加速度都是按照轴组态信息、程序以及人机界面参数设置部分所预设的参数运行。
如图11所示，所述连续运行控制方法包括以下步骤：
（1）开始后进行通信；
（2）各轴复位；
（3）判断各轴是否完成复位；
（4）如果各轴完成复位，则读取盒子摆放位置信息；步骤（4）中如果各轴没有完成复位，则返回到步骤（2）进行复位；
（5）各轴复位坐标与盒子摆放位置坐标计算得出各轴需要移动的距离；
（6）各轴按照相对距离移动；
（7）判断各轴是否运动到目标位置；
（8）如果各轴运动到目标位置,则打开电磁阀并发送标志位给上位机；步骤（7）中如果各轴未运动到目标位置，则返回到步骤（6）；
（9）读取码放盒子目标位置信息；
（10）与码放盒子位置计算得出各轴需要移动的距离；
（11）各轴电机向目标位置移动；
（12）判断各轴是否运行至目标位置；
（13）通过光电传感器判断盒子是否掉落；
（14）如果各轴已经运行至目标位置并且盒子没有掉落，则断开电磁阀；
（15）发送标志位给上位机；
（16）重复步骤(4)-(15)；
步骤（12）中如果各轴未运行至目标位置，则返回到步骤（11）；
步骤（13）中如果盒子意外掉落则各轴停止并报警。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.自动码垛机器人，其特征在于：包括有控制系统和桁架式机械机构, 所述控制系统包括有上位机系统和下位机系统，上、下位机系统之间采用ModbusTCP协议进行通信，上位机系统由安装有Windows操作系统的PC机和采用USB接口摄像机组成，下位机系统包括有PLC、步进电机驱动器、步进电机、限位开关、电磁阀和起停按钮，
所述桁架式机械机构包括有X轴支架；Y轴支架；Z轴；机械手；摄像头支架；X、Z轴电机支架；Y轴电机支架，其中X轴支架、Y轴支架、Z轴安装有线轨和齿条以及限位开关作为机械手进行三维空间运动的平台，机械手安装有步进电机和真空吸盘作为自动码垛机器人的抓取装置，摄像头支架用于固定摄像头，X、Z轴电机支架和Y轴电机支架分别用于固定X、Z轴步进电机和Y轴步进电机。
2. 根据权利要求1所述的自动码垛机器人，其特征在于：所述PLC为西门子S7-1200PLC，采用24V直流电源供电，利用其本身集成的PROFINET网络接口与PC机通信；控制系统中设置有数字量输入信号10路，包括启动、停止、急停按钮各1路，每个电机轴限位输入各2路，共6路，以及光电传感器输入1路；控制系统中设置有数字量输出信号14路，包括4路高速脉冲输出，4路电机运转方向控制输出，4路电机轴使能输出和1路电磁阀控制输出以及1路运行指示灯输出；所述电机为2HSS57-A-XX 混合式步进电机，输入电压为24-50VDC，连续电流为4.5A、20KHz，最大脉冲频率为200KHZ；PLC与2HSS57-A-XX混合式步进电机的驱动器之间采用单端共阴极接线方式，将PUL-、DIR-、ENA-接地，控制信号脉冲输出、方向输出以及使能输出由PIL+、DIR+、ENA+接入驱动器；所述限位开关采用PL-05N NPN型金属感应直流接近开关。
3.根据权利要求1所述的自动码垛机器人，其特征在于：所述机械手为气动机械手，由真空吸盘组件组合而成；所述机械手处安装有光电传感器。
4.根据权利要求1所述的自动码垛机器人，其特征在于：所述摄像头为工业800万快速自动对焦USB免驱动摄像头。
5.根据权利要求1所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：包括有上位机系统的控制方法和PLC的控制方法，上位机系统作为ModbusTCP的客户端，PLC作为服务器，上位机系统负责处理采集图像信息，并匹配识别结果和计算抓取坐标值，同时根据机器人的动作情况和码垛规则设置、盒子参数设置信息及时计算出包装盒码放坐标值，然后通过ModbusTCP协议发送给下位机系统，下位机系统是以西门子S7-1200PLC为核心控制器的系统，根据上位机发送的坐标值完成码垛过程。
6.根据权利要求5所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：所述上位机系统作为ModbusTCP的客户端，其控制方法包括以下步骤：
（1）开始后，确定从设备地址；
（2）确定寄存器地址和数据；
（3）确定功能码和数据；
（4）调用Modbus接口API；
（5）构造Modbus消息帧；
（6）发送TCP数据；
（7）等待接收响应帧；
（8）判断是否为有效的消息帧；
（9）如果是有效的消息帧，则更新状态；
（10）检测从设备地址；
（11）检测功能码和数据；
（12）提取数据；
（13）更新画面；
（14）结束；
步骤（9）中如果不是有效的消息帧，则更新状态后直接更新画面；步骤（10）如果检测不到设备地址，则直接更新画面；
步骤（11）检测不到功能码和数据，则直接更新画面。
7.根据权利要求5所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：所述包装盒码放坐标值计算程序流程包括以下步骤：
（1）读取码放规则设置和盒子参数设置；
（2）调用ModbusTCP读取程序，读取码放动作标志位；
（3）判断是否码放完成；
（4）如果码完则计算下一个码放坐标X、Y、Z值与角度值；
（5）判断码放行数是否完成；
（6）如果已经完成，则判断码放列数是否完成；
（7）如果已经完成，则判断码放高数是否完成；
（8）如果已经完成，则码放堆数加1；
步骤（3）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（2）；步骤（5）、（6）、（7）中如果判断结果是未完成码放，则返回到步骤（4）。
8.根据权利要求5所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：所述PLC作为ModbusTCP的服务器端，其控制方法包括以下步骤：
（1）获得TCP数据；
（2）判断地址和数据长度；
（3）判断是否为Modbus消息帧；
（4）如果是，则更新状态；
（5）判断是否为有效的消息帧；
（6）如果是，则更新状态；
（7）设置参数的对应内存；
（8）获取对应的内存值；
（9）构造响应消息帧；
（10）返回响应帧长度；
（11）通过API检测状态；
（12）发送TCP数据；
（13）结束；
步骤（3）中如果判断结果不是Modubs消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度；步骤（5）中如果判断结果不是有效的消息帧，则更新状态，更新后，返回响应帧长度。
9.根据权利要求5所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：还包括有轴复位控制方法，所述的轴复位控制方法包括以下步骤：
（1）开始后，系统初始化；
（2）各轴使能：X轴向左移动、Y轴向前移动、Z轴向上移动；
（3）分别判定各轴是否运动至限位；
（4）如果X轴运动至限位，则X轴向右移动一定距离并停止；如果Y轴运动至限位，则Y轴向后移动一定距离并停止；如果Z轴运动至限位，则Z轴向下移动一定距离并停止；
（5）判断三轴均是否到位；
（6）如果三轴均到位，则轴复位结束；
（7）发送标志位给上位机；
步骤（4）：中如果X轴没有运动至限位，则X轴向左移动；如果Y轴没有运动至限位，则Y轴向前移动；如果Z轴没有运动至限位，则Z轴向上移动；
步骤（5）中如果三轴没有到位；则继续判断三轴是否到位。
10.根据权利要求5所述的自动码垛机器人的控制方法，其特征在于：还包括有连续运行控制方法，所述连续运行控制方法包括以下步骤：
（1）开始后进行通信；
（2）各轴复位；
（3）判断各轴是否完成复位；
（4）如果各轴完成复位，则读取盒子摆放位置信息；步骤（4）中如果各轴没有完成复位，则返回到步骤（2）进行复位；
（5）各轴复位坐标与盒子摆放坐标计算得出各轴需要移动的距离；
（6）各轴按照相对距离移动；
（7）判断各轴是否运动到目标位置；
（8）如果各轴运动到目标位置,则打开电磁阀并发送标志位给上位机；步骤（7）中如果各轴未运动到目标位置，则返回到步骤（6）；
（9）读取码放盒子目标位置信息；
（10）与码放盒子位置计算得出各轴需要移动的距离；
（11）各轴电机向目标位置移动；
（12）通过光电传感器判断盒子是否掉落；
（13）判断各轴是否运行至目标位置；
（14）如果各轴已经运行至目标位置并且盒子没有掉落，则断开电磁阀；步骤（13）中如果各轴未运行至目标位置，则返回到步骤（13）；步骤（12）中如果盒子意外掉落则各轴停止并报警；
（15）发送标志位给上位机；
（16）重复步骤(4)-(15)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910062571.0A CN109626002A (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 自动码垛机器人及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910062571.0A CN109626002A (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 自动码垛机器人及其控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109626002A true CN109626002A (zh) | 2019-04-16 |
Family
ID=66063152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910062571.0A Pending CN109626002A (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 自动码垛机器人及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109626002A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110238832A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-17 | 宁夏信通网络科技有限公司 | 基于光盘自动读取的招标系统 |
| CN110549334A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-12-10 | 大连大华中天科技有限公司 | 一种四自由度机械手臂的控制方法 |
| CN110587607A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-20 | 工业云制造(四川)创新中心有限公司 | 一种加工件自动化码料定位方法、存储介质及终端 |
| CN110666789A (zh) * | 2019-08-08 | 2020-01-10 | 南通大学 | 一种基于计算机视觉的码垛机器人 |
| CN110723555A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 安吉智能物联技术有限公司 | 一种码垛稳定性好的离线混合码垛方法及系统 |
| CN110788856A (zh) * | 2019-10-13 | 2020-02-14 | 无锡职业技术学院 | 一种基于红外测距传感器的码垛机器人控制系统 |
| CN110815230A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-21 | 广东力生智能有限公司 | 一种基于虚拟采样的六轴码垛机器人位姿适配方法 |
| CN111571600A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-25 | 珠海格力智能装备有限公司 | 码垛机器人的控制方法及装置、码垛机器人 |
| CN112258576A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 青岛滨海学院 | 一种基于图像处理的重叠细导线抓取系统及方法 |
| CN112734322A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 山东东辰瑞森新材料科技有限公司 | 一种智能生产系统及方法 |
| CN112818476A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 上海明材教育科技有限公司 | 教学用坐标机械手三维模型、构建方法及其仿真系统 |
| US11458636B2 (en) | 2020-05-19 | 2022-10-04 | Dong Ouyang | Wirelessly powered and controlled robotic apparatus |
-
2019
- 2019-01-23 CN CN201910062571.0A patent/CN109626002A/zh active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110238832A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-17 | 宁夏信通网络科技有限公司 | 基于光盘自动读取的招标系统 |
| CN110666789A (zh) * | 2019-08-08 | 2020-01-10 | 南通大学 | 一种基于计算机视觉的码垛机器人 |
| CN110549334A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-12-10 | 大连大华中天科技有限公司 | 一种四自由度机械手臂的控制方法 |
| CN110587607A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-20 | 工业云制造(四川)创新中心有限公司 | 一种加工件自动化码料定位方法、存储介质及终端 |
| CN110788856A (zh) * | 2019-10-13 | 2020-02-14 | 无锡职业技术学院 | 一种基于红外测距传感器的码垛机器人控制系统 |
| CN110723555B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-10-12 | 安吉智能物联技术有限公司 | 一种码垛稳定性好的离线混合码垛方法 |
| CN110723555A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 安吉智能物联技术有限公司 | 一种码垛稳定性好的离线混合码垛方法及系统 |
| CN110815230A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-21 | 广东力生智能有限公司 | 一种基于虚拟采样的六轴码垛机器人位姿适配方法 |
| CN110815230B (zh) * | 2019-11-21 | 2022-02-22 | 广东力生智能有限公司 | 一种基于虚拟采样的六轴码垛机器人位姿适配方法 |
| US11458636B2 (en) | 2020-05-19 | 2022-10-04 | Dong Ouyang | Wirelessly powered and controlled robotic apparatus |
| CN111571600A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-25 | 珠海格力智能装备有限公司 | 码垛机器人的控制方法及装置、码垛机器人 |
| CN112258576A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 青岛滨海学院 | 一种基于图像处理的重叠细导线抓取系统及方法 |
| CN112734322A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 山东东辰瑞森新材料科技有限公司 | 一种智能生产系统及方法 |
| CN112818476A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 上海明材教育科技有限公司 | 教学用坐标机械手三维模型、构建方法及其仿真系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109626002A (zh) | 自动码垛机器人及其控制方法 | |
| CN103406905B (zh) | 一种具有视觉伺服及检测功能的机器人系统 | |
| CN108200809A (zh) | 一种果树采摘机器人及控制系统 | |
| EP1711317A1 (en) | Machine vision controlled robot tool system | |
| CN208729783U (zh) | 一种多传感器融合的六轴机器人 | |
| CN102632506A (zh) | 机械手用位置检测装置以及检测方法、机械手系统 | |
| CN111421528A (zh) | 一种工业机器人的自动化控制系统 | |
| CN111618863A (zh) | 一种四轴工业码垛机器人及其控制方法 | |
| CN106144524A (zh) | 一种高速运动中用ccd视觉定位方法及装置 | |
| CN112122842A (zh) | 一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统 | |
| CN109951114A (zh) | 一种控制多轴伺服电机的控制系统 | |
| CN106346454A (zh) | 一种四轴机械手视觉摆盘平台 | |
| Wassermann et al. | Intuitive robot programming through environment perception, augmented reality simulation and automated program verification | |
| CN211761534U (zh) | 一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统 | |
| CN209583061U (zh) | 自动码垛机器人 | |
| CN105538314A (zh) | 自动上下料玻璃机械手控制系统 | |
| JP6905651B1 (ja) | ロボットシステム及びワークの３次元モデルの形成方法 | |
| CN105856244B (zh) | 一种重载无线传输五核高速关节机器人控制系统 | |
| WO2024008257A1 (en) | Method and control system for generating a path for a robot arm and a tool attached to the robot arm | |
| Li et al. | The simulation design of robot automatic sorting and palletizing workstation based on robotstudio | |
| CN206982663U (zh) | 手眼伺服作业机器人实训装置 | |
| CN212978360U (zh) | 一种四轴工业码垛机器人 | |
| CN1533859A (zh) | 一种基于机器人系统的激光同步加工的方法 | |
| JP2015182145A (ja) | ロボットシステムの制御方法、およびロボットシステム | |
| KR100389010B1 (ko) | 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 로봇 제어방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190416 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |