工業(yè)機(jī)器人軟按鍵的開發(fā)和應(yīng)用*

王健強(qiáng) 童育華 孫純哲

（①合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009；②巨一自動(dòng)化裝備有限公司，安徽合肥 230051）

工業(yè)機(jī)器人軟按鍵的開發(fā)和應(yīng)用*

王健強(qiáng)①②童育華①孫純哲②

（①合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009；②巨一自動(dòng)化裝備有限公司，安徽合肥 230051）

基于KUKA工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)軟件UserTech，研究了一種創(chuàng)建軟按鍵的方法，應(yīng)用于白車身機(jī)器人自動(dòng)化焊裝線中，并闡述了軟按鍵控制設(shè)備的過(guò)程。用軟按鍵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件，降低了設(shè)備的成本，提高了焊裝線整線控制的柔性，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)空間，方便了對(duì)設(shè)備的維護(hù)。

工業(yè)機(jī)器人 白車身機(jī)器人焊裝線 UserTech 軟按鍵

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已成為其中不可缺少的核心裝備。機(jī)器人的應(yīng)用可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。目前，在含有機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，對(duì)設(shè)備的控制都是采用在現(xiàn)場(chǎng)安裝控制柜，并在控制柜上安裝各種控制按鈕，或者在生產(chǎn)線線體的觸摸屏中設(shè)定軟按鍵的方法來(lái)達(dá)到控制目的。這些方法耗費(fèi)了大量額外的硬件和人力成本，由于位置固定，操作人員操作時(shí)不能完全看清楚現(xiàn)場(chǎng)狀況，降低了勞動(dòng)效率，增加了設(shè)備維護(hù)的難度。本文從KUKA工業(yè)機(jī)器人開發(fā)軟件UserTech著手，在機(jī)器人示教器上創(chuàng)建軟按鍵，將現(xiàn)場(chǎng)需要控制的信號(hào)集中到機(jī)器人示教器的軟按鍵上，在機(jī)器人程序里定義控制變量，然后將變量與機(jī)器人的軟按鍵相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制，在實(shí)際的生產(chǎn)線中取得了良好效果。

1 KRL語(yǔ)言及軟按鍵創(chuàng)建方法

1.1 KRL語(yǔ)言

KRL［1］（KUKA Robot Language）是一種高度開放的語(yǔ)言，為了用戶使用方便，并根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用的不同場(chǎng)合，KUKA機(jī)器人公司開發(fā)了一些機(jī)器人通用的工藝包，例如點(diǎn)焊包、弧焊包、涂膠包等，同時(shí)它也集成了用戶開發(fā)新功能的技術(shù)包UserTech。UserTech是一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)包，用戶只要使用描述性的KRL語(yǔ)言就能創(chuàng)建新的功能。軟按鍵就是使用這種功能開發(fā)的新的應(yīng)用實(shí)例。

在KRL語(yǔ)言中，常用的一些語(yǔ)言格式如下：

（1）程序的定義語(yǔ)句

DEFTP Name...：定義程序的開始。

ENDTP：指定程序的結(jié)束。

（2）對(duì)象聲明語(yǔ)句

DECL STATKEYBAR：定義一組狀態(tài)按鍵。

DECL STATKEY：定義一個(gè)狀態(tài)按鍵。

SET：給一個(gè)或一組狀態(tài)按鍵分配新的功能。

（3）腳本的定義語(yǔ)句

DEFSCRIPT ...：定義腳本的開始。

ENDSCRIPT：定義腳本的結(jié)束。

CASE，

CASE ELSE：在 SWITCH...ENDSWITCH 控制結(jié)構(gòu)中定義一個(gè)分支。

DO：執(zhí)行腳本。

MESSAGE：在機(jī)器人示教器的消息框里顯示消息。

SETVAR：將一個(gè)變量寫入系統(tǒng)內(nèi)部的KRL變量中。

SHOWVAR：讀取一個(gè)變量。

SWITCH...：指定一個(gè)控制結(jié)構(gòu)的開始。

ENDSWITCH：指定一個(gè)控制結(jié)構(gòu)的結(jié)束。

（4）創(chuàng)建一個(gè)新的狀態(tài)按鍵

DECL STATKEY Name=

｛＜TOPTEXT［］String，＞

按鍵頂部文字

＜CENTERTEXT［］String，＞

按鍵中心文字

＜BOTTOMTEXT［］String，＞

按鍵底部文字

＜PICTURE［］String，＞

按鍵圖標(biāo)所在的文件位置

＜NEED_MODEOP Int，＞

按鍵使能時(shí)機(jī)器人所處的操作模式

（5）創(chuàng)建一個(gè)新的狀態(tài)按鍵組

DECL STATKEYBAR Name=

｛＜STATKEY［1］Name，＞

＜STATKEY［2］Name，＞

＜STATKEY［3］Name，＞

＜STATKEY［4］Name ＞｝

Name是狀態(tài)按鍵的名稱

1.2 軟按鍵創(chuàng)建方法

在UserTech技術(shù)包中，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)后綴為kfd的文件，以備機(jī)器人運(yùn)行時(shí)調(diào)用。軟按鍵的定義都是在此文件中，其創(chuàng)建方法如圖1。

圖1中，“寫入菜單”用于將創(chuàng)建的軟按鍵組寫入操作界面的菜單中，以便使用其功能時(shí)調(diào)用。在編寫程序時(shí)，采用由下至上的模式，首先考慮需要?jiǎng)?chuàng)建的軟按鍵數(shù)量，根據(jù)其數(shù)量定義程序中“狀態(tài)按鍵組”的數(shù)量；然后在定義的每組狀態(tài)按鍵中定義單個(gè)“狀態(tài)按鍵”，并且給每個(gè)按鍵編寫“對(duì)應(yīng)事件”，以賦予相關(guān)的功能；最后通過(guò)編寫“腳本程序”，將軟按鍵顯示在操作界面中，并把程序中定義的相關(guān)操作信息顯示在“消息窗口”中?！坝脩糇远x”用于在程序的開頭定義整個(gè)程序中所使用的變量。

2 軟按鍵在白車身焊裝線中的應(yīng)用

圖2所示為國(guó)內(nèi)某大型汽車廠某車型白車身機(jī)器人焊裝線的一個(gè)點(diǎn)焊工作站，機(jī)器人軟按鍵已成功應(yīng)用于此工作站中。工作站中有4臺(tái)機(jī)器人，整條焊裝線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。以圖2中的機(jī)器人為例，在調(diào)試及實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要控制的變量有機(jī)器人的啟動(dòng)（START）、停止（STOP）以及錯(cuò)誤消息的復(fù)位（RESET）。為了節(jié)省車間的空間，擴(kuò)大機(jī)器人的工作范圍，防止機(jī)器人與白車身運(yùn)動(dòng)時(shí)的碰撞，為機(jī)器人設(shè)計(jì)了氣動(dòng)滑臺(tái)，因此要控制機(jī)器人在滑臺(tái)上的前進(jìn)（Go ahead），后退（Go back），以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到位后的鎖緊和松開（Lock and Unlock）。在焊接過(guò)程中，焊槍需要修磨，換電極帽等，因此還要控制焊槍的修磨（TIP DRESS），更換電極帽（CHANGE TIP），更換完成（CHANGE FINISH）等信號(hào)。以上信號(hào)用軟按鍵來(lái)控制大大提高了工作效率，節(jié)省了成本。

3 軟按鍵的創(chuàng)建實(shí)例剖析

要實(shí)現(xiàn)以上信號(hào)的控制功能，傳統(tǒng)的做法是設(shè)計(jì)一個(gè)控制柜，在控制柜的面板上安裝很多按鈕，并通過(guò)硬線的方式連接到PLC上，通過(guò)PLC來(lái)控制設(shè)備。如圖3所示，這種做法增加了成本，降低了生產(chǎn)效率。

本文將通過(guò)在圖4所示的軟按鍵創(chuàng)建區(qū)創(chuàng)建軟按鍵的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合圖1所示的創(chuàng)建軟按鍵的流程圖，具體創(chuàng)建步驟如下：

（1）在軟件平臺(tái)上創(chuàng)建調(diào)用軟按鍵組的菜單

如圖4所示的軟件平臺(tái)，要在軟按鍵設(shè)置區(qū)創(chuàng)建軟按鍵，首先要在軟件平臺(tái)上創(chuàng)建調(diào)用軟按鍵組的菜單按鍵。KUKA機(jī)器人程序里專門有用于創(chuàng)建菜單的按鍵，在機(jī)器人配置文件MenueKeyUser中定義調(diào)用軟按鍵組的菜單，在SOFTKEYS和MOVE中添加以下內(nèi)容：

其中：FunctionButton為創(chuàng)建的軟按鍵菜單名稱；KREISLER為調(diào)用的軟按鍵文件；KREISLER_BAR是在KREISLER文件中創(chuàng)建的軟按鍵組；mDISPSET是一個(gè)中間變量；MENU#mTechstatuskeys指定了菜單位于statuskeys子菜單目錄下；1說(shuō)明菜單位于從上到下的第二個(gè)位置。其結(jié)果Function Button如圖5所示。

（2）軟按鍵程序的創(chuàng)建

首先建立菜單中所調(diào)用的軟按鍵文件 kreisler.kfd，然后在此文件中編寫程序。在定義單個(gè)軟按鍵時(shí)，都是通過(guò)功能和模式的組合來(lái)定義的，其過(guò)程如圖6所示。

通過(guò)指定的功能調(diào)用每個(gè)模式，然后在每個(gè)模式中調(diào)用每個(gè)按鍵的事件，完成單個(gè)軟按鍵的定義。具體過(guò)程如下：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要控制的量定義功能鍵的組數(shù)。

本例中在每個(gè)模式下定義了四個(gè)按鍵，即四組功能鍵，前三組KEY_FUNCTION用于設(shè)置所需的變量。START、Go ahead和TIP DRESS屬于第一組功能KEY_FUNCTION1；RESET、Lock and Unlock 和 CHAGE TIP屬于第二組功能KEY_FUNCTION2；STOP、Go ahead和CHAGE FINISH屬于第三組功能KEY_FUNCTION3。而定義的最后一組功能按鍵 FUNC1、FUNC2和FUNC3屬于KEY_BUTTON_MOD，用于模式的切換功能。

②根據(jù)變量的數(shù)量定義模式的組數(shù)

本例中有9個(gè)變量，前面定義了3組功能，因此需要定義3組模式才能滿足9個(gè)變量。定義START、RESET、STOP和FUNC1為一個(gè)START UP模式。圖3中所示通過(guò)模式和功能找到單個(gè)按鍵，并對(duì)其定義，如在START UP模式下。定義START按鍵方式如下：

③編寫按鍵按下和彈起狀態(tài)的腳本

每個(gè)按鍵都有按下和彈起的狀態(tài)，每種狀態(tài)對(duì)應(yīng)了一個(gè)獨(dú)立事件。因此，需要為每個(gè)按鍵編寫按下和彈起事件的腳本。以START按鍵為例，初始狀態(tài)為FALSE，當(dāng)按鍵被按下事件發(fā)生時(shí)執(zhí)行以下腳本：

START按鍵設(shè)置其中間變量名為USER_BUTTON1，以上語(yǔ)句的功能是USER_BUTTON1=TURE，并且USER_BUTTON1與配置文件中定義的按鍵名稱相同。同理，當(dāng)按鍵被釋放時(shí)，執(zhí)行如下腳本：

即實(shí)現(xiàn)USER_BUTTON1=FALSE功能。

其余軟按鍵的創(chuàng)建與此相同。最終所有軟按鍵的結(jié)果如圖7所示，在機(jī)器人示教器中的結(jié)果如圖8所示。

4 軟按鍵的工作原理

在車間現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，只需要按下相關(guān)的按鍵即可執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了軟按鍵的功能。在機(jī)器人程序里軟按鍵控制設(shè)備的過(guò)程如圖9。

當(dāng)人工按下軟按鍵時(shí)，所創(chuàng)建的軟按鍵的中間變量由定義的初始狀態(tài)變成另一種對(duì)立狀態(tài)。如在程序里定義的軟按鍵的默認(rèn)狀態(tài)USER_BUTTON=FALSE，按下之后USER_BUTTON=TURE。然后通過(guò)SPS文件將中間變量賦值給輸出中間變量。如定義的輸出中間變量O_BUTTON=USER_BUTTON。機(jī)器人程序里含有IO模塊，在機(jī)器人的配置文件$config中，定義了每個(gè)按鍵信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸出口。如SIGNAL O_BUTTON$OUT［n］，n是機(jī)器人的輸出口。通過(guò)機(jī)器人的IO口將輸出中間變量狀態(tài)輸出，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接到現(xiàn)場(chǎng)PLC，最后到達(dá)控制設(shè)備。

機(jī)器人開機(jī)后，SPS［2］程序就在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行，因此可以實(shí)時(shí)將中間變量傳遞給輸出中間變量。中間變量、輸出中間變量、機(jī)器人IO口都在$config配置文件［3］中定義。中間變量的名稱與軟按鍵文件中定義的軟按鍵的名稱相同，最終實(shí)現(xiàn)了軟按鍵控制設(shè)備的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于KUKA機(jī)器人的開發(fā)軟件UserTech，介紹了機(jī)器人軟按鍵開發(fā)的語(yǔ)言KRL以及創(chuàng)建軟按鍵的方法。結(jié)合機(jī)器人在汽車白車身焊裝線中的應(yīng)用，闡述了軟按鍵代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬件接線的優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)介紹了創(chuàng)建軟按鍵的方法以及軟按鍵在實(shí)際的生產(chǎn)線中控制設(shè)備的過(guò)程。軟按鍵的使用為企業(yè)節(jié)約了成本，節(jié)省了生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)空間，并且增加了系統(tǒng)的柔性和可靠性。本文提出的這種軟按鍵的創(chuàng)建方法和工程應(yīng)用案例，經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的考驗(yàn)，可靠性很高，使用效果良好，具有很強(qiáng)的借鑒意義。

［1］KRC2/KR C3 User Tech 2.2 .KUKA Roboter GmbH

［2］KRC2/KR C3 Expert Programming KUKA System Software（KSS）Release 5.1 BETA .KUKA Roboter GmbH

［3］KRC2/KR C3 Configuration KUKA System Software（KSS）Release 5.1 BETA.KUKA Roboter GmbH

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Development and Application of Industrial Robot Soft Key

WANG Jianqiang①②，TONG Yuhua①，SUN Chunzhe②
（ Hefei University of Technology，Hefei 230009，CHN；②JEE Automation Equipment Co.，Ltd.，Hefei 230051，CHN）

A way of creating soft key has been studied which has been used in BIW（Body In White）robot automation welding line，and the process of controlling the devices by soft key has been expounded based on the KUKA robot software UserTech.Applying the soft key to replace the traditional hardware can reduce the cost of equipments，improve the flexibility of whole welding line，save the plant room and make the maintenance and servicing conveniently.

Industrial Robot；BIW Robot Welding Line；UserTech；Soft Key

TP242.2

A

* 安徽省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：07010201011）

王健強(qiáng)，男，1964年生，博士，教授，主要研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)，智能機(jī)器人系統(tǒng)控制等。

p

2009－11－26）

10726