梁 舒 馬少龍 劉曉營

0 前言

帶導(dǎo)軌的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)一般應(yīng)用在焊接、噴涂等領(lǐng)域，導(dǎo)軌可以增加工業(yè)機(jī)器人的工作范圍，進(jìn)而提高工作效率。離線編程是一種對機(jī)器人程序進(jìn)行編程調(diào)試的技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)仿真軟件對機(jī)器人程序進(jìn)行虛擬仿真，具有可視化的工作界面，可以在工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)搭建的同時(shí)進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人程序的編程調(diào)試，并且有自動(dòng)調(diào)試工具的輔助，可以方便地對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行驗(yàn)證。本文通過對導(dǎo)軌和機(jī)器人在仿真軟件中進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，介紹了帶導(dǎo)軌工業(yè)機(jī)器人軌跡編程的通用方法，該方法可進(jìn)一步推廣到相關(guān)的離線編程調(diào)試中，提高編程效率。

1 創(chuàng)建帶導(dǎo)軌的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

使用離線編程技術(shù)對工業(yè)機(jī)器人工作站進(jìn)行虛擬仿真，首先需要搭建工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真工作站。工業(yè)機(jī)器人工作站主要由ABB 工業(yè)機(jī)器人IRB 4600、導(dǎo)軌IRBT 4004及焊槍工具組成。導(dǎo)入導(dǎo)軌后，將機(jī)器人安裝到導(dǎo)軌上，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將導(dǎo)軌與機(jī)器人進(jìn)行同步，編程時(shí)將導(dǎo)軌作為機(jī)器人外軸進(jìn)行處理，即可保證機(jī)器人和導(dǎo)軌的協(xié)調(diào)運(yùn)行。驗(yàn)證軌跡編程的方法還需要建立待加工工件，本次實(shí)驗(yàn)在導(dǎo)軌兩側(cè)分別建立圓柱體和長方體的模型，計(jì)劃將機(jī)器人焊槍工具的TCP 沿著模型的上邊緣運(yùn)動(dòng)，完成軌跡編程的調(diào)試。機(jī)器人工作站的整體布局如圖1 所示。

圖1 工業(yè)機(jī)器人工作站整體布局圖

2 帶導(dǎo)軌的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的示教編程

機(jī)器人在工作過程中需要在導(dǎo)軌上移動(dòng)，就產(chǎn)生了多個(gè)工作位置，在編程調(diào)試機(jī)器人工作路徑前，需要先調(diào)試好機(jī)器人能否順利移動(dòng)到工作位置。首先在機(jī)器人的原點(diǎn)位置示教目標(biāo)點(diǎn)并重命名為pHome，作為機(jī)器人的初始位置。然后將機(jī)器人1軸旋轉(zhuǎn)90°，面向第一個(gè)工作位置，示教目標(biāo)點(diǎn)作為過渡點(diǎn)，再拖動(dòng)導(dǎo)軌，將機(jī)器人移動(dòng)到第一個(gè)工作位置，示教目標(biāo)點(diǎn)作為第一個(gè)工作等待位置。隨后使用MoveJ 關(guān)節(jié)移動(dòng)指令，將目標(biāo)點(diǎn)添加到新路徑中，并驗(yàn)證轉(zhuǎn)移動(dòng)作能夠順利完成。

在機(jī)器人到達(dá)第一個(gè)工作位置后，首先對工作路徑進(jìn)行示教編程。使用MoveL 線性移動(dòng)指令，依次對長方體的四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行示教，然后通過復(fù)制回到工作等待位置的指令，使機(jī)器人在完成工作軌跡后回到等待位置，準(zhǔn)備向下一個(gè)工作位置移動(dòng)。拖動(dòng)導(dǎo)軌，將機(jī)器人移動(dòng)到第二個(gè)工作位置，使用MoveJ 關(guān)節(jié)移動(dòng)指令進(jìn)行示教。第二個(gè)工作軌跡是一個(gè)圓形，通過示教線性移動(dòng)指令，再將圓弧的過渡點(diǎn)和終點(diǎn)轉(zhuǎn)換為MoveC 圓弧移動(dòng)指令，即可生成圓弧軌跡。圓形路徑調(diào)試完成后，添加機(jī)器人回到第二個(gè)工作等待位置的指令。

所有工作路徑調(diào)試完成后，添加回到原點(diǎn)的指令，并對整體工作站系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行。使用基本選項(xiàng)卡的同步功能，將工作站對象中的路徑等參數(shù)與工業(yè)機(jī)器人虛擬控制器的RAPID 代碼匹配，在工業(yè)機(jī)器人虛擬控制器中生成相關(guān)的RAPID 程序。在仿真選項(xiàng)卡的仿真設(shè)定菜單選擇需要進(jìn)行仿真的控制器和控制器所控制的機(jī)器人，選擇單周期運(yùn)行，將子路徑作為程序指針的進(jìn)入點(diǎn)，使機(jī)器人從子程序的第一行開始運(yùn)行。在虛擬仿真工作站視圖界面，觀察機(jī)器人仿真運(yùn)行的狀態(tài)。

3 帶導(dǎo)軌的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡編程

示教編程完成后，對導(dǎo)軌另一側(cè)的待加工工件用自動(dòng)路徑的功能生成機(jī)器人工作路徑。建立空路徑并重命名為main，作為工業(yè)機(jī)器人的主程序，并在主程序中提前示教機(jī)器人到達(dá)第三個(gè)工作位置的指令。機(jī)器人工作路徑使用軟件的自動(dòng)路徑功能，生成子路徑后，插入到主程序中。機(jī)器人通過導(dǎo)軌在工作位置間移動(dòng)，仍然使用在主程序中示教關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令的方式。

機(jī)器人到達(dá)工作位置之后，捕捉待加工工件的上表面邊緣，自動(dòng)生成機(jī)器人工作子路徑。子路徑生成后，目標(biāo)點(diǎn)所對應(yīng)的工具坐標(biāo)方向是隨機(jī)的，在機(jī)器人TCP 點(diǎn)沿著軌跡運(yùn)行時(shí)，工具方向也在隨時(shí)產(chǎn)生變化，工具姿態(tài)的變化也會(huì)進(jìn)一步影響工具的加工對象，而且容易損壞連接工具的焊絲和電纜等部件。需要進(jìn)一步調(diào)整所有工具的姿態(tài)，使得工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中保證工具姿態(tài)的穩(wěn)定，在虛擬仿真軟件里，需要找到一個(gè)工具方向合適的目標(biāo)點(diǎn)，并將其他目標(biāo)點(diǎn)的方向統(tǒng)一修改為此標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)的方向。修改完成后，需要為每一段子路徑進(jìn)行軸參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)配置并選擇沿著路徑運(yùn)動(dòng)，保證在此種工具姿態(tài)下，機(jī)器人對每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的可達(dá)性以及所有路徑運(yùn)動(dòng)的可行性。

所有工作子路徑和過渡動(dòng)作調(diào)試完成后，添加回到原點(diǎn)的指令，并對整體工作站系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行。在仿真選項(xiàng)卡中將主程序main 作為程序指針的進(jìn)入點(diǎn)，使機(jī)器人從主程序的第一行開始運(yùn)行。在虛擬仿真工作站視圖界面，觀察機(jī)器人仿真運(yùn)行的狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過上述實(shí)驗(yàn)，介紹了帶導(dǎo)軌工業(yè)機(jī)器人軌跡編程的兩種常用方法。其中示教編程適用于加工路徑簡單，以直線為主，目標(biāo)點(diǎn)較少的情況，編程簡單便捷。捕捉軌跡編程適用于加工路徑復(fù)雜，曲線路徑多，目標(biāo)點(diǎn)多的情況，使用自動(dòng)路徑命令，捕捉的曲線可以自動(dòng)生成機(jī)器人的工作路徑，節(jié)省了大量對目標(biāo)點(diǎn)示教的時(shí)間。在聯(lián)合實(shí)際設(shè)備進(jìn)行調(diào)試時(shí)，只需要現(xiàn)場示教幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，機(jī)器人就可以按照虛擬仿真中的路徑進(jìn)行工作。基于RobotStudio 軟件的帶導(dǎo)軌工業(yè)機(jī)器人離線編程方法可以應(yīng)用在多種工業(yè)應(yīng)用中，對提前驗(yàn)證工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的工作流程、提高工業(yè)機(jī)器人的編程效率都有很大的實(shí)際意義。