工業(yè)智能機(jī)器人中RFID應(yīng)用技術(shù)的研究

閻競(jìng)實(shí)

摘 要：近些年來(lái)，名為“射頻識(shí)別（RFID）”的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在逐步的興起。如果將RFID技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)的智能機(jī)器人上，結(jié)合標(biāo)簽的唯一性，給裝有RFID閱讀器的工業(yè)機(jī)器人定位。利用RFID標(biāo)簽提供給工業(yè)機(jī)器人更多的信息，從而更好地控制工業(yè)機(jī)器人按照指定的標(biāo)簽順序去工作。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別 機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（a）-0033-02

工業(yè)智能機(jī)器人是集合材料科學(xué)、機(jī)電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程、控制技術(shù)等多門(mén)學(xué)科于一體的一門(mén)自動(dòng)化控制技術(shù)科學(xué)，它的發(fā)展程度是一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)能力和科技實(shí)力的重要水平線(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展是21世紀(jì)工業(yè)自動(dòng)化最有說(shuō)服力的成就之一。

如果將射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中，可以讓工業(yè)機(jī)器人獲得更多的外在信息，這些信息能夠給機(jī)器人更為準(zhǔn)確的定位，從而能夠更好發(fā)揮RFID的技術(shù)特點(diǎn)，來(lái)使智能機(jī)器人獲得更好的自動(dòng)性，為工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)裝配企業(yè)更多的節(jié)省人力資源?，F(xiàn)今，RFID的應(yīng)用逐步被技術(shù)人員以及科技人員所重視，對(duì)RFID用在工業(yè)智能機(jī)器人上的研究，可以開(kāi)拓一條新的思路和應(yīng)用方向，工業(yè)智能機(jī)器人也將更為靈活的服務(wù)于生產(chǎn)。

該文基于西門(mén)子RFID識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與機(jī)器人的融合，進(jìn)行三菱RV-3SD六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)研究。為工業(yè)機(jī)器人的裝配和自動(dòng)化順序控制提供了一種新思路。

1 射頻識(shí)別技術(shù)

1.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)概況

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identi

fication，RFID）又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。射頻識(shí)別的識(shí)別工作無(wú)須認(rèn)為的干涉，能夠工作于生產(chǎn)環(huán)境惡劣的場(chǎng)地或車(chē)間。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品或工業(yè)配件并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)它們上的多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。與傳統(tǒng)的條形碼系統(tǒng)、接觸式IC卡等不同，同其他識(shí)別系統(tǒng)相比，射頻識(shí)別系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展與成熟，射頻識(shí)別技術(shù)有著更廣闊的市場(chǎng)。

1.2 西門(mén)子RFID識(shí)別系統(tǒng)

西門(mén)子RFID識(shí)別系統(tǒng)主要采用西門(mén)子RF260R讀寫(xiě)器、電子標(biāo)簽。

西門(mén)子RF260R是帶有集成天線(xiàn)的讀寫(xiě)器。設(shè)計(jì)緊湊，非常適用于裝配。該讀寫(xiě)器配有：一個(gè)RS232接口，帶有3964傳送程序，用于連接到PC系統(tǒng)、S7-1200、三菱等其他控制器。

該文探討設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人裝配控制中所使用的RFID就是西門(mén)子RF260R系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

控制系統(tǒng)由PLC和相關(guān)應(yīng)用模塊、上位機(jī)、RFID、智能識(shí)別系統(tǒng)以及傳感器構(gòu)成。PLC選用日本三菱公司的FX3U-64MT系列，該系列采用模塊化設(shè)計(jì)，支持“熱插拔”，有多重?cái)?shù)字量I/O模塊可供選擇，且可加以太網(wǎng)通信模塊FX3U-ENET-L，便于和同類(lèi)CPU、通信模塊以及工業(yè)機(jī)器手的以太網(wǎng)通訊。上位機(jī)采用與日本三菱產(chǎn)品配套的Unity Pro S開(kāi)發(fā)軟件，完成上位機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和PLC程序的編寫(xiě)。上位機(jī)通過(guò)USB接口與PLC的CPU進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)程序的下載、運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)PLC程序?qū)FID的標(biāo)簽讀入寫(xiě)入進(jìn)行控制，使其能夠?yàn)檠b配單元的各個(gè)類(lèi)別（比如顏色大小等）寫(xiě)入唯一性的標(biāo)簽。在系統(tǒng)工作時(shí)，RFID能夠識(shí)別唯一性的標(biāo)簽，并將標(biāo)簽信號(hào)傳輸給機(jī)器人，使機(jī)器人能夠辨別這個(gè)單元是否需要抓取。如需抓取，抓取后，精確的運(yùn)送到裝配位置，并循環(huán)往返運(yùn)動(dòng)。圖1為控制系統(tǒng)示意圖。

三菱RV-3SD六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、示教單元、輸入輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換器和抓取機(jī)構(gòu)組成，裝備多種夾具、吸盤(pán)、量具、工具等，可對(duì)工件進(jìn)行抓取、吸取、搬運(yùn)、裝配、打磨、測(cè)量、拆解等操作，也可以抓取智能視覺(jué)相機(jī)對(duì)工件、裝配過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)視覺(jué)檢測(cè)操作。

對(duì)傳送帶上產(chǎn)品的采用光電傳感器來(lái)機(jī)器人傳送啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)產(chǎn)品通過(guò)傳感器，并且RFID讀入的標(biāo)簽滿(mǎn)足需求裝配的信號(hào)，機(jī)器人開(kāi)始工作。

當(dāng)裝配工作結(jié)束或者裝配工作臺(tái)裝滿(mǎn)后，由智能視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)裝配的合格與否進(jìn)行最后檢測(cè)。工件的高度和顏色等信息預(yù)先存入到上位機(jī)中，智能視覺(jué)系將拍攝的信息數(shù)字化到PLC中，并由PLC程序判斷合格與否。最后進(jìn)行合格產(chǎn)品和次品的分揀工作。

3 RFID系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 RFID第三方控制器使用時(shí)傳輸數(shù)據(jù)

RFID與PLC連接使用時(shí)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，當(dāng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)功能時(shí)，需要RFID向PLC中傳送相對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)，以獲取PLC反饋的16進(jìn)制數(shù)，逐級(jí)交互，產(chǎn)生邏輯關(guān)系。

下面的數(shù)據(jù)傳送關(guān)系中，PLC向RFID傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候用OUT表達(dá)，當(dāng)RFID向PLC傳送數(shù)據(jù)時(shí)用IN表達(dá)。

上電：IN： ff IN： fc IN： 02 OUT： 10 IN： 02 00 0f 10 03 1e

啟動(dòng)：OUT： 02 IN： 10 OUT： 0a 00 00 00 25 02 00 00 01 00 01 10 03 3e IN： 10 IN： 02 OUT： 10 IN： 05 00 00 01 02 00 10 03

停止：OUT： 02 IN： 10 OUT： 03 0a 00 02 10 03 18 IN： 10 02 OUT： 10 IN： 02 0a 19 10 03 02

讀標(biāo)簽：OUT： 10 OUT： 02 IN： 10 OUT： 05 02 00 00 00 10 10 10 03 14endprint

發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽及標(biāo)簽：IN： 10 IN： 02 OUT： 10 IN： 01 0f 00 00 01 10 03 19 OUT： 10 IN： 02 OUT： 10 IN： 15 02 00 00 00 10 10 31 32 33 34 35 36 37 38 39 61 62 63 64 65 66 00 10 03 32

標(biāo)簽離開(kāi)：IN： 02 OUT： 10 IN： 04 0f 00 00 00 10 03 18

寫(xiě)標(biāo)簽：OUT： 10 OUT： 02 IN： 10 OUT： 15 02 00 00 00 10 10 31 32 33 34 35 36 37 38 39 61 62 63 64 65 66 00 10 03 32 IN： 10 IN： 02 OUT： 10 IN： 02 01 00 10 03 10

3.2 RFID寫(xiě)標(biāo)簽的PLC程序

首先對(duì)RFID系統(tǒng)的整體進(jìn)行初始化，對(duì)進(jìn)行讀操作的標(biāo)簽的信息進(jìn)行系統(tǒng)的分析，使這些數(shù)據(jù)接收初始化操作，方便后續(xù)智能機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)作時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。之后進(jìn)行上電、啟動(dòng)、發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽、寫(xiě)標(biāo)簽等的PLC數(shù)據(jù)交換編輯，這個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)來(lái)自上位機(jī)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)決定了裝配工件的位置、大小、顏色、序號(hào)等有用信息。最后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即按照工藝要求如何進(jìn)行裝配，好順序后，將這些數(shù)據(jù)按照裝配順序進(jìn)行排序，逐步寫(xiě)入到PLC中。為了數(shù)據(jù)寫(xiě)入的有效性，要在程序最后讀寫(xiě)一次停止及標(biāo)簽離開(kāi)的數(shù)據(jù)信息。

3.3 RFID讀標(biāo)簽的PLC程序

RFID讀標(biāo)簽的PLC程序要寫(xiě)在整體自動(dòng)化的控制程序中，保證自動(dòng)化運(yùn)行的邏輯性。程序如RFID寫(xiě)標(biāo)簽的編輯大致相同，不同的地方在于PLC要讀寫(xiě)一次“寫(xiě)標(biāo)簽”中的初始數(shù)據(jù)，并將信息進(jìn)行計(jì)算，即讀入的數(shù)據(jù)與不參加自動(dòng)化控制的空白數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化二進(jìn)制，然后求和的異或，使之?dāng)?shù)值等于16進(jìn)制數(shù)ff。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)RFID系統(tǒng)在工業(yè)智能機(jī)器人中的地位及作用進(jìn)行了闡述，并對(duì)RFID系統(tǒng)在工業(yè)智能機(jī)器人整體自動(dòng)化體系中的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今，如文中的技術(shù)應(yīng)用在科研以及教學(xué)中，已逐步成熟，發(fā)現(xiàn)對(duì)工業(yè)裝配、生產(chǎn)能提高不俗的效率，并在些許生產(chǎn)單位中已有身影。希望本技術(shù)能在今后的工業(yè)科技發(fā)展中，占有更重要的地位。endprint