广东东软学院计算机科学与技术系 葛艳娜

0 前言

制造单元就是MCE(Manufacturing Cell Engineering)，制造单元基于成组技术，是制造车间的基本组成单元[1]，它是由特定加工任务的生产物料、工具、环境、机械设备、操作人员和其他辅助设施等的组合[2]，其目标是提高设备利用率、制品库存及生产柔性[3]来提高产品的品质。目前已经发展到第三代高级智能型工业机器人[4]，它能够高度的自主适应复杂的生产作业环境，且具有自主学习和决策控制的能力[5]，而且从各方面更接近人类。集成智能化工业机器人实现了工件的自动搬运、自动装载卸载、临时存储等功能，并结合CNC设备、工件库、CMM(Coordinate Measuring Machine)检测设备及防护栏等而发展起来的机器人制造单元[6]。

1 系统建模

该系统建模主要包括三大部分:需求建模、静态建模和动态建模[7]。需求建模就是对系统的业务过程进行分析、总体功能的需求进行分析和对功能进行描述；静态模型是用系统的类图来描述的模型；动态模型用一系列序列图来描述。

根据实际的应用情况分析出机器人制造单元的主要业务流程如图1所示。

图1 主要业务流程

将机器人制造单元系统中的类有很多：例如机床类与工作组类和夹具类为一对多关系；机器人类、CMM检测仪类、缓冲区类也是一对多关系；托盘类与夹具类和工作类为一对一关系。

由于序列图能够非常好的展现并记录一个未来系统的行为。在设计阶段，产品经理、系统架构师和所有开发者能使用清晰的序列图，更好的挖掘出系统对象间的交互，以此来充实整个系统设计。

2 机器人制造单元控制系统的通信服务

机器人制造单元的通信模块主要分为两部分。一部分是上位机与设备间的通信，在系统中体现为工业计算机与CNC数控机床的通信。另外一部分是设备与设备间的通信，在系统中体现为CNC数控机床与机器人的通信。

2.1 工业计算机与CNC数控机床的通信

针对第一部分工业计算机与CNC数控机床的通信，加之现在主流的数控系统如法拉克(FANUC)、FAGOR、SIEMENS、HEIDENHAIN等都给用户提供了动态库函数（所谓的开发包），所以主要解决方法是利用CNC数控机床的数控系统给用户提供的动态库函数。而且，主流的数控系统能够支持RS232、RS485、总线和工业以太网等多种接口。

首先根据不同的接口类型选择相应的函数打开与设备的连接，此时会为设备分配一个端口号。然后使用读取PLC变量的函数读取机床是否在运行的变量。如果变量标示机床正在加工，那么等待；相反变量标示机床不在加工，那么使用发送数控程序的函数发送程序，然后再使用调用执行键的函数，执行刚才发送的数控程序。

2.2 CNC数控机床与机器人的通信

对于CNC数控机床与机器人的通信，可以通过数控系统的宏程序与机器人的程序相互配合,主要是通过IO接口来实现信号的传输与反馈。在机器人制造单元中，机器人主要执行的操作是装载工件和卸载工件。那么在宏程序体系结构中，主要分为三部分。第一部分，通知机床装载工件；第二部分，执行加工程序；第三部分，通知机床卸载工件。装载和卸载操作涉及到协同控制的问题，这一部分必须给出相应的控制。

3 机器人制造单元控制系统的实现

基于以上的研究，成功组建出基于两台CNC机床（FAGOR数控系统）和一台工业机器人的机器人制造单元，实现了自动化的加工过程。

以机器人为中心，环绕着两台CNC机床和一个物料区。工作人员可以在物料区进行上下料。图2和图3分别是机器人制造单元的生产订单管理软件和生产运行控制软件，开发环境为C#和SQL SERVER 2008 R2。

图2 机器人制造单元生产订单管理软件

图3 机器人制造单元生产运行控制软件

4 结束语

通过长时间的试验，在本文控制系统下，机器人制造单元能够实现稳定的运行。接下来的研究工作重点在于两点：1.运用机器人制造单元加工某种产品；2.在机器人制造单元中，引入各种设备，提高机器人制造单元控制系统的灵活性和配置性。