李言武

搬運(yùn)機(jī)器人示教路徑的編程與優(yōu)化

李言武

（安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮南，232007）

示教編程是機(jī)器人普遍采用的編程方式。操作人員通過(guò)示教器反復(fù)調(diào)整示教點(diǎn)機(jī)器人的作業(yè)位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)，將滿足作業(yè)要求的這些數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，編寫(xiě)控制程序使機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行時(shí)再現(xiàn)在示教點(diǎn)上記錄的機(jī)器人位姿。根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)示教路徑進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)偏移指令編寫(xiě)控制程序，可以有效減少示教點(diǎn)的個(gè)數(shù)，避免繁瑣的示教工作。

搬運(yùn)機(jī)器人；示教點(diǎn)；路徑；優(yōu)化；編程。

目前，示教編程是機(jī)器人普遍采用的編程方式，是操作人員根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，有序確定一系列示教點(diǎn)，通過(guò)示教器反復(fù)調(diào)整示教點(diǎn)機(jī)器人的作業(yè)位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)，然后將滿足作業(yè)要求的這些數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行時(shí)就可以再現(xiàn)在示教點(diǎn)上記錄的機(jī)器人位姿[1] [2]。但是，對(duì)于運(yùn)動(dòng)路徑較為復(fù)雜的機(jī)器人控制，需要確定更多個(gè)示教點(diǎn)，示教工作將會(huì)變得較為繁瑣。為此，以搬運(yùn)機(jī)器人控制為例，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)示教路徑進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)偏移指令編寫(xiě)控制程序，可以有效減少示教點(diǎn)的個(gè)數(shù)，避免繁瑣的示教工作。

1. 搬運(yùn)機(jī)器人控制要求

搬運(yùn)機(jī)器人控制過(guò)程示意圖如圖1所示，其中A位置為工件初始位置，B位置為工件臺(tái)，機(jī)器人起始位置(安全點(diǎn))位于A位置附近上方，要求機(jī)器人將工件從A位置搬運(yùn)到B位置的工件臺(tái)。機(jī)器人完成一次搬運(yùn)的具體過(guò)程為：（1）機(jī)器人處于起始位置(安全點(diǎn))；（2）機(jī)器人由起始位置(安全點(diǎn))運(yùn)動(dòng)到預(yù)抓取點(diǎn)位置；（3）機(jī)器人由預(yù)抓取點(diǎn)位置下降到抓取點(diǎn)位置，利用吸盤(pán)吸附工件；（4）機(jī)器人將工件從抓取點(diǎn)位置提升到預(yù)抓取點(diǎn)位置，然后搬運(yùn)到預(yù)釋放點(diǎn)位置；（5）機(jī)器人從預(yù)釋放點(diǎn)位置下降到釋放點(diǎn)位置，并釋放工件；（6）機(jī)器人由釋放點(diǎn)位置上升到預(yù)釋放點(diǎn)位置，然后返回起始位置(安全點(diǎn))。

圖1 搬運(yùn)機(jī)器人控制過(guò)程示意圖

2. 機(jī)器人示教路徑的優(yōu)化與編程

2.1 示教路徑的優(yōu)化

根據(jù)控制要求分析可知，搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工件從A位置到B位置的搬運(yùn)操作，通常需要示教的點(diǎn)至少為五個(gè)，分別為：起始位置(安全點(diǎn))、預(yù)抓取點(diǎn)、抓取點(diǎn)、預(yù)釋放點(diǎn)和釋放點(diǎn)[3] [4]。由于預(yù)抓取點(diǎn)與抓取點(diǎn)共同位于坐標(biāo)軸Z方向上，其間運(yùn)動(dòng)路徑為直線，因此通過(guò)示教抓取點(diǎn)位置后，利用坐標(biāo)軸Z方向上的位置偏移量可以非常方便地確定預(yù)抓取點(diǎn)位置，從而省去預(yù)抓取點(diǎn)的示教操作；同理，預(yù)釋放點(diǎn)和釋放點(diǎn)也可以采用同樣的方法，只需要示教釋放點(diǎn)。搬運(yùn)機(jī)器人示教路徑優(yōu)化前后情況對(duì)照見(jiàn)表1：

表1 搬運(yùn)機(jī)器人示教路徑優(yōu)化前后情況對(duì)照見(jiàn)表

對(duì)機(jī)器人示教路徑進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，其示教點(diǎn)選取的基本原則為：

第一，示教點(diǎn)必須選擇機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡中要求精準(zhǔn)定位的作業(yè)位置，使機(jī)器人運(yùn)行時(shí)精準(zhǔn)再現(xiàn)機(jī)器人位姿。如搬運(yùn)機(jī)器人需要選擇起始位置(安全點(diǎn))、抓取點(diǎn)和釋放點(diǎn)作為示教點(diǎn)，以確定精準(zhǔn)搬運(yùn)操作的機(jī)器人位姿。

第二，示教點(diǎn)能為合理規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡提供參考位置，以便于通過(guò)示教點(diǎn)在坐標(biāo)軸X、Y、Z所在軸向上的相對(duì)偏移距離dX、dY、dZ來(lái)確定必要的作業(yè)位置。如搬運(yùn)機(jī)器人可以通過(guò)示教抓取點(diǎn)和釋放點(diǎn)，通過(guò)Z軸方向上的相對(duì)偏移距離dZ分別確定預(yù)抓取點(diǎn)和預(yù)釋放點(diǎn)的位置。

2.2 示教編程

2.2.1變量定義

搬運(yùn)機(jī)器人示教路徑通過(guò)優(yōu)化后，只需要對(duì)機(jī)器人起始位置(安全點(diǎn))、抓取點(diǎn)和釋放點(diǎn)的作業(yè)位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)置進(jìn)行示教，變量分別定義為ap0、ap1和ap2，其位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)為（ap0.x，ap0.y，ap0.z）、（ap1.x，ap1.y，ap1.z）與（ap2.x，ap2.y，ap2.z）。同時(shí)，預(yù)抓取點(diǎn)和預(yù)釋放點(diǎn)無(wú)需示教，變量自定義為yzq和ysf，其位置相對(duì)于抓取點(diǎn)和釋放點(diǎn)的坐標(biāo)分別可表示為（ap1. x +dX，ap1. y +dY，ap1. z+dZ）與（ap2. x +dX，ap2. y+dY，ap2.z+dZ）。

2.2.2主要指令格式及功能

主要指令格式及功能見(jiàn)表2。

表2 主要指令格式及功能

2.2.3控制程序

根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人作業(yè)要求，預(yù)抓取點(diǎn)和預(yù)釋放點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)抓取點(diǎn)和釋放點(diǎn)的Z軸正方向的直線距離均設(shè)定為+200mm，即相對(duì)偏移距離dZ= 200mm，相對(duì)坐標(biāo)分別為（ap1. x，ap1. y，ap1. z+dZ）與（ap2. x，ap2. y，ap2.z+dZ）。因此，搬運(yùn)機(jī)器人的示教程序編寫(xiě)如下[5] [6]：

PTP（ap0）——設(shè)定機(jī)器人起始位置；

yzq：= ap1 ——抓取點(diǎn)位置變量ap1賦給預(yù)抓取點(diǎn)位置變量yzq；

yzq.z：= yzq.z + 200 ——預(yù)抓取點(diǎn)位置變量yzq沿z軸正方向偏移200mm；

Lin（yzq）——機(jī)器人行進(jìn)到預(yù)抓取點(diǎn)位置，即抓取點(diǎn)正上方200mm處；

Lin（ap1）——機(jī)器人行進(jìn)到抓取點(diǎn)位置；

WaitIsFinished（）——上述指令執(zhí)行完后才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序；

ZQ.Set(True) ——抓取工件；

WaitTime（2000）——等待2000ms，用于確保工件抓取成果；

Lin（yzq）——機(jī)器人行進(jìn)到預(yù)抓取點(diǎn)位置，即抓取點(diǎn)正上方200mm處；

ysf：= ap2 ——釋放點(diǎn)位置變量ap2賦給預(yù)釋放點(diǎn)位置變量ysf；

ysf.z：= ysf.z + 200 ——預(yù)釋放點(diǎn)位置變量ysf沿z軸正方向偏移200mm；

PTP（ysf）——機(jī)器人行進(jìn)到預(yù)釋放點(diǎn)位置，即釋放點(diǎn)正上方200mm處；

Lin（ap2）——機(jī)器人行進(jìn)到釋放點(diǎn)位置；

WaitIsFinished（）——上述指令執(zhí)行完后才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序；

ZQ.Set(False) ——釋放工件；

WaitTime（2000）——等待2000ms，用于確保工件釋放成果；

Lin（ysf）——機(jī)器人行進(jìn)到預(yù)釋放點(diǎn)位置，即釋放點(diǎn)正上方200mm處；

PTP（ap0）——機(jī)器人返回起始位置。

3. 總結(jié)

實(shí)踐表明，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)示教路徑進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)偏移指令編寫(xiě)控制程序，可以有效減少示教點(diǎn)的個(gè)數(shù)，避免繁瑣的示教工作。

[1]李天旭. MOTOMAN工業(yè)機(jī)器人示教編程方法探究[J]. 通化師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2010(8):48-51.

[2]張愛(ài)紅,張秋菊. 機(jī)器人示教編程方法[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2003(4):47-49.

[3]倪曉清. 基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人示教編程研究[J]. 中國(guó)設(shè)備工程, 2018(4):175-176.

[4]張石磊,等. 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的6自由度工業(yè)機(jī)器人示教研究[J]. 機(jī)電工程, 2019(1):77-83.

[5]畢曉峰. 機(jī)器人原理與弧焊機(jī)器人示教編程[J]. 電焊機(jī), 2009(4):83-86.

[6]徐明,楊可. 淺談華數(shù)機(jī)器人示教編程[J]. 智能機(jī)器人, 2018(4):76-78.

Programming of Teaching Path for Handling Robot and Corresponding Optimization

LI Yan-wu

Teach programming is widely used in robot programming. Operators repeatedly adjust the working position, motion parameters and process parameters of the robot at the teaching point by means of the teaching device and then record the data which meets the working requirements so as to represent the robot's posture recorded at the teaching point in practical operation by writing program. Optimizing the teaching path and compiling the control program through offset instructions according to the robot's motion trajectory can effectively reduce the number of teaching points and avoid tedious teaching work.

Handling robot; Teaching point; Path; Optimization; Programming.

TP242

A

1009-1114（2019）03-0023-03

2019-05-17

李言武（1974—），安徽定遠(yuǎn)人，碩士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、通訊與自動(dòng)控制技術(shù)。

文稿責(zé)編 錢(qián)峰