自动码垛机器人制造技术

本实用新型专利技术公布了一种自动码垛机器人，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。

Automatic stacking robot

【技术实现步骤摘要】
自动码垛机器人
本技术涉及一种机器人，尤其是涉及一种自动码垛机器人。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种自动码垛机器人，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，本技术采用的技术方案是：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-05NNPN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轴向下移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：白锐，宫会彬，李友堂，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21