魏志麗

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512126）

0 引言

在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車、電子電器、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。

1 系統(tǒng)的組成與功能

自動生產(chǎn)線主要由井式送料裝置、傳送帶、水平推桿、翻轉(zhuǎn)機械手、龍門機械手、裝配機器人以及配套的氣動、電氣控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 自動生產(chǎn)線組成

隨機擺放的工件1 由井式送料裝置送出，經(jīng)傳送帶向下傳送。傳送過程中，經(jīng)翻轉(zhuǎn)機械手將工件的開口調(diào)整為同一方向，同時將工件1（非金屬）用水平推桿推除。工件1（金屬）到達傳送帶尾部后，由龍門機械手將工件1（金屬白色）放在3#工位，工件1（金屬黑色）放在4#工位滑槽。工件1 經(jīng)滑槽滑入A 工作臺，機器人先將工件1（金屬黑色）從A 工作臺移至B 裝配臺，而后將工件2 與工件1（金屬黑色）裝配，最后按1～9 的編號順序?qū)⒀b配件放入成品料架指定的位置，如圖2 所示。

圖2 工件裝配位置

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)組成

系統(tǒng)主站使用西門子S7-300PLC 控制井式送料裝置、傳送帶、水平推桿和龍門機械手，從站西門子S7-200PLC 控制翻轉(zhuǎn)機械手的執(zhí)行，從站PLC 與 主 站PLC 通 過EM277 實 現(xiàn)Profibus-DP 通信，在DP網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置為3號站。ABB機器人作為從站，完成工件1 與工件2 的裝配工作，與主站S7-300PLC 實現(xiàn)Profibus-DP 通信，在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置為4 號站。網(wǎng)絡(luò)連接如圖3 所示，西門子S7-300PLC 在網(wǎng)絡(luò)中作為主站，可以對從站進行讀寫操作，硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)是在西門子組態(tài)軟件STEP7 中完成的，需要添加EM277 和ABB 機器人的GSD文件。

2.2 工業(yè)機器人

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接

系統(tǒng)使用ABBIRB120工業(yè)機器人，編寫機器人程序之前要設(shè)置一些重要的程序數(shù)據(jù)，程序數(shù)據(jù)是在程序模塊或系統(tǒng)模塊中設(shè)定值和定義一些環(huán)境數(shù)據(jù)。創(chuàng)建的程序數(shù)據(jù)由同一個模塊或其他模塊中的指令進行引用[1]。

（1）工具數(shù)據(jù)TOOLDATA

工具數(shù)據(jù)TOOLDATA是用于描述安裝在機器人第六軸上的工具TCP、重心和重量等參數(shù)數(shù)據(jù)。執(zhí)行程序時，機器人就是將TCP 移至編程位置，程序中描述的速度與位置就是TCP 點在對應(yīng)工件坐標中的速度與位置。

（2）工件坐標

工件坐標的設(shè)置主要是為了方便編程和坐標的偏移，使用三點法，分別設(shè)置工件2 料架的工件坐標為Wobj_C，成品料架工件坐標為Wobj_D。

（3）LOADDATA

對于搬運用的機器人除應(yīng)設(shè)定夾具的重量和重心外，還應(yīng)設(shè)置搬運對象的重量和重心數(shù)據(jù)。

（4）機器人目標點（Robottarget）

作為機器人運動的目標，可以用示教器示教，但工件2 料架和成品料架工位較多時，不能一一示教，只需示教其中一個點，其他點可通過該點的偏移得到。該系統(tǒng)中的Robottarget 可分為常量和變量，如A、B、C 和D 點的機器人目標點設(shè)置為PA、PB、PC 和PD，這些點均設(shè)置為常量，使用示教器直接示教出來。工件2 料架及成品料架上的機器人目標點均為變量，分別設(shè)置為P20和P30，這些點可通過PC和PD偏移得到。

2.3 機器人關(guān)節(jié)運動指令

系統(tǒng)中，ABB 工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)運動指令主要使用MOVEJ 和MOVEL，MOVEJ 指令主要在空間位置改變時使用，而MOVEL指令則在抓放工件過程中運行直線路徑時使用，避免在抓放工件過程中與工件發(fā)生碰撞，使用MOVEL指令時轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)使用fine，避免提前對工件進行抓放。

2.4 機器人的I/O設(shè)置

ABB 工業(yè)機器人與西門子300PLC 實現(xiàn)的是Profibus-DP通信，在機器人控制柜上安裝Profibus適配器DSQC667，DSQC667 支持512 點數(shù)字輸入和數(shù)字輸出。在示教器的配置系統(tǒng)參數(shù)中，需要設(shè)置如下參數(shù)。

（1）Unit Type：設(shè)置通信長度是1 個字節(jié)的輸入和輸出。

（2）Unit：設(shè)置Profibus適配器DSQC667的站地址為4。

（3）Signal：設(shè)置1 個輸入信號，此信號來源于西門子300PLC，作為檢測到工件1 到滑槽，使機器人動作的信號；2 個輸出信號，其中一個作為完成裝配的信號傳送給主站，另外一個是使相應(yīng)的夾具動作的信號。在Signal 設(shè)置中主要選擇分配的Unit 和地址偏移量，此處的地址偏移量要與西門子S7-300PLC 中的地址相對應(yīng)，因此在西門子組態(tài)軟件STEP7 中進行硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時，必須安裝ABB 機器人GSD 文件，安裝的路徑為：STEP7 硬件組態(tài)畫面菜單選項→安裝GSD 文件→HMS_1811.GSD →安裝。此GSD 文件的目錄為RobotWare5.13UtilityFieldbusProfibusGSDHMS_1811.GSD。

安裝GSD 文件完成后，設(shè)置通信長度各為一個字節(jié)的輸入和輸出通信區(qū)，在硬件組態(tài)畫面硬件目錄→Additional Field Bus →Anybus-CC PROFIBUS DP-V1 →Universal module，雙擊插槽1，在DP 屬性中設(shè)置I/O 類型為輸出輸入，各為1 個字節(jié)。

2.5 FOR循環(huán)語句

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，機器人要完成許多有規(guī)律性的重復(fù)操作，因此機器人程序中需要重復(fù)執(zhí)行某些語句，這些被重復(fù)執(zhí)行的語句稱之為循環(huán)體。執(zhí)行循環(huán)控制操作的語句有FOR、WHILE等語句。

2.5.1 FOR循環(huán)語句

FOR 循環(huán)語句結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便，結(jié)構(gòu)如下：

循環(huán)體

（1）i是循環(huán)控制變量；

（2）循環(huán)控制變量的初始值i=0；

（3）循環(huán)的終止條件，當i＞2 時，循環(huán)終止，因此當i=0，1，2時，循環(huán)體被執(zhí)行三次，每次執(zhí)行完循環(huán)體，循環(huán)控制變量自動加1，直至i＞2，終止循環(huán)體執(zhí)行。

2.5.2 FOR循環(huán)的嵌套

循環(huán)體

此雙重FOR 循環(huán)外循環(huán)的循環(huán)控制變量為i，內(nèi)循環(huán)的循環(huán)控制變量為j，循環(huán)體執(zhí)行的次數(shù)為i和j變化的乘積，共9次：

當i=0 時j=0、1、2，依次執(zhí)行循環(huán)體，共3次；

當i=1 時j=0、1、2，依次執(zhí)行循環(huán)體，共3次；

當i=2 時j=0、1、2，依次執(zhí)行循環(huán)體，共3次。

2.5.3 機器人目標點與雙重FOR語句循環(huán)控制變量i、j之間的關(guān)系

循環(huán)控制變量i和j變化的組合如下，其中i為行變化，j為列變化：

機器人目標點位置排列：

如上分析，工件2 料架上的每個機器人目標點均可通過對C 點的X、Y 坐標偏移得到（Z 無變化，偏移量為0），機器人目標點可設(shè)置為：P20=Offs（PC，-120i，-90j，0），其中-120i 為X 坐標變化量，-90j 為Y 坐標變化量。當i=0，j=0 時，P20即是PC，由于工件坐標設(shè)置和機器人基座標設(shè)置方向相同，所以偏移量中出現(xiàn)負數(shù)表示與工件坐標的X、Y正方向相反。

由于雙重FOR循環(huán)i和j的排列順序，機器人在工件2 料架上取工件的順序是先按行0，行1，行2 的順序取工件2，如想按列取工件2，可改變FOR 循環(huán)的內(nèi)外循環(huán)的變量的位置，如：

可使抓取工件按照列0、列1和列2的順序進行。

同樣，成品料架每個機器人的目標點均可通過PD的偏移得到，由于成品料架棧條的高度不同，Z 的偏移量與行變化i有關(guān)，P30=Offs（PD，120i，90j，-20i）。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接

2.6 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)流程圖如圖4 所示，包括初始化子程序、主程序和三個取放子程序。

3 結(jié)束語

通過分析，工業(yè)機器人通過Profibus-DP總線通信方式與主站連接，使系統(tǒng)主從通信方式更簡單、方便，F(xiàn)OR 循環(huán)語句編寫機器人循環(huán)操作的程序，使程序結(jié)構(gòu)更緊湊。工業(yè)機器人在自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用，使產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了明顯的提高。

［1］葉暉，管小清.工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.