工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃及仿真

岳剛 金鑫 曹學(xué)坤

摘?要：對(duì)于類(lèi)似筆形的工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行器，比如吸盤(pán)、氣爪、焊槍等，在示教編程作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)示教點(diǎn)高度不一致的問(wèn)題，從而導(dǎo)致工具碰撞、軌跡深淺不一、路徑凌亂等問(wèn)題。但是對(duì)于簡(jiǎn)單任務(wù)，若采用離線編程，又浪費(fèi)時(shí)間。在此以機(jī)器人寫(xiě)字為例，討論運(yùn)用RelTool功能，實(shí)現(xiàn)通過(guò)示教編程，實(shí)現(xiàn)書(shū)寫(xiě)較標(biāo)準(zhǔn)文字的機(jī)器人編程方式。實(shí)踐證明，此方法能有效避免由于示教點(diǎn)不準(zhǔn)造成的工具碰撞等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;工具碰撞;示教編程

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

Abstract：For pen-like industrial robot actuators，such as suction cups，gas claws，welding torches，etc，the height of teaching points is often inconsistent during teaching and programming operations，which leads to tool collision，different depth of trajectory and disordered path.But for simple tasks，offline programming is a waste of time.Taking the robot writing as an example，this paper discusses how to use RelTool function to realize the robot programming mode of writing more standard words through teaching programming.Practice has proved that this method can effectively avoid tool collision caused by inaccurate teaching points.

Key words：Industrial Robot;Tool Collision;Teaching Programming

隨著自動(dòng)化和控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為中國(guó)制造2025中重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其是汽車(chē)行業(yè)，再加上近年來(lái)人力成本的上升，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和教育的發(fā)展越來(lái)越受到重視。

當(dāng)前的職業(yè)院?；疽呀?jīng)完成了工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)建設(shè)，開(kāi)始招生，有些先進(jìn)的學(xué)校已經(jīng)有了畢業(yè)生，不僅如此，本科院校也在積極參與工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)建設(shè)，但由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的過(guò)程中，確實(shí)是摸索中前進(jìn)。

在工業(yè)機(jī)器人實(shí)操與應(yīng)用課程中，需要通過(guò)綜合實(shí)訓(xùn)提升學(xué)生對(duì)技能的掌握程度，較常用的綜合實(shí)訓(xùn)是機(jī)器人寫(xiě)字。但在寫(xiě)字時(shí)會(huì)遇到筆芯碰撞、軌跡深淺不一、字體凌亂等問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題，展開(kāi)了研究，找到了如下解決方案。

1 目標(biāo)點(diǎn)建立步驟

1.1 RelTool指令

RelTool（Home，15，50，Height_H）

Home代表被偏移點(diǎn)的坐標(biāo)，Home的數(shù)據(jù)類(lèi)型應(yīng)該為Robtarget，這樣才能夠依據(jù)不同的工件坐標(biāo)系改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

15代表X方向的偏移量為15mm，50代表Y方向的偏移量為50mm，Height_H代表在Z方向的偏移量為Height_H的值。

1.2 繪制目標(biāo)文字的坐標(biāo)圖

在白紙上書(shū)寫(xiě)目標(biāo)文字，然后在紙上建立坐標(biāo)系，分別確定各目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)。平面坐標(biāo)值如表1所示，坐標(biāo)圖如圖1所示。

1.3 確認(rèn)途徑點(diǎn)位

在寫(xiě)字過(guò)程中，必然需要提筆與落筆，例如，機(jī)器人從點(diǎn)①運(yùn)行到點(diǎn)②后，需要提筆，移動(dòng)到點(diǎn)③的正上方，落筆到點(diǎn)③。所以需要確定各途徑點(diǎn)的高度，設(shè)為Height_H。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于紙面與機(jī)器人書(shū)寫(xiě)筆之間的距離不定，所以需要在運(yùn)行中調(diào)整，因此八個(gè)落筆點(diǎn)需要設(shè)定高度，設(shè)為Height_L。

1.4 確定原點(diǎn)坐標(biāo)

設(shè)原點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn)為Home，則機(jī)器人其他目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值可推導(dǎo)為表2。這樣避免了逐點(diǎn)示教的繁瑣，也使得各點(diǎn)高度一致，避免字跡深淺不一的現(xiàn)象。

2 實(shí)操過(guò)程

2.1 程序編寫(xiě)及仿真

在RobotStudio中，建立工業(yè)機(jī)器人工作站，按照設(shè)定好的軌跡點(diǎn)編寫(xiě)程序，并完成仿真運(yùn)行，編寫(xiě)的程序如下：

PROC R_Write（）

MoveJ RelTool（Home，0，0，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveJ RelTool（Home，15，50，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，15，50，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，60，50，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，60，50，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveJ RelTool（Home，23，30，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，23，30，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，57，30，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，57，30，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveJ RelTool（Home，10，10，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，10，10，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，70，10，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，70，10，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveJ RelTool（Home，40，50，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，40，50，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，40，10，Height_L），v1000，fine，tool0;

MoveL RelTool（Home，40，10，Height_H），v1000，fine，tool0;

MoveJ RelTool（Home，0，0，Height_H），v1000，fine，tool0;

ENDPROC

仿真效果如圖2所示：

2.2 實(shí)際操作

將編好的程序用U盤(pán)導(dǎo)入到工業(yè)機(jī)器人示教器中，這時(shí)需要對(duì)工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、示教點(diǎn)、Height_L和Height_H的值進(jìn)行設(shè)定和匹配。

設(shè)定工具坐標(biāo)系，工具坐標(biāo)系標(biāo)定工具TCP點(diǎn)的位置，因?yàn)閷?shí)際機(jī)器人工具的形狀、TCP點(diǎn)Z軸的方向不同，所以需要重新標(biāo)定。

設(shè)定工件坐標(biāo)系，工作臺(tái)面通常與機(jī)器人底座存在一定夾角，即使看起來(lái)水平，但總會(huì)有傾斜，所以需要進(jìn)行設(shè)定，以使所有點(diǎn)位的高度符合預(yù)期。

示教Home點(diǎn)的位置，Home點(diǎn)是所有軌跡點(diǎn)的參考點(diǎn)，需要尋找合適的位置進(jìn)行示教，以保證其他軌跡點(diǎn)的正確性，一般Home點(diǎn)位于工作臺(tái)面的右下角。

通過(guò)調(diào)整Height_L和Height_H的值，實(shí)現(xiàn)書(shū)寫(xiě)高度的控制，進(jìn)而完成文字書(shū)寫(xiě)。

首先設(shè)定Height_L=-50、Height_H=-50，之后運(yùn)行程序，觀察程序運(yùn)行軌跡是否符合預(yù)期，這時(shí)所有軌跡均在工作臺(tái)上方50mm處，故機(jī)器人工具不會(huì)與工作臺(tái)接觸，保證了試運(yùn)行的安全。若整體軌跡不居中，則調(diào)整Home點(diǎn)的示教位置，直到居中為止。

之后將程序運(yùn)行至第三行處，即：

MoveL RelTool（Home，15，50，Height_L），v1000，fine，tool0;

停止運(yùn)行，這時(shí)打開(kāi)示教器的手動(dòng)操作頁(yè)面，記錄當(dāng)前Z軸坐標(biāo)，設(shè)為Z?0，切換到線性運(yùn)動(dòng)，手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人Z軸，直到工具TCP到達(dá)工作臺(tái)面，記錄當(dāng)前Z軸坐標(biāo)Z?1，計(jì)算二者差值△Z=Z?1-Z?0，此時(shí)Height_L=-50+△Z，這樣機(jī)器人工具TCP點(diǎn)就可以準(zhǔn)確的到達(dá)工作臺(tái)面。

在實(shí)際運(yùn)行中，若工作臺(tái)面水平度太差，超出了機(jī)器人筆尖的彈性范圍，可能會(huì)損壞筆尖，這時(shí)需要在實(shí)際工作臺(tái)面上建立工件坐標(biāo)系，并修改程序中的坐標(biāo)點(diǎn)位置。同時(shí)設(shè)定工件坐標(biāo)系也適用于任意角度斜面上文字的書(shū)寫(xiě)。

同時(shí)需要注意的是，Height_L和Height_H的變量類(lèi)型都需要設(shè)定為常量，因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)工作臺(tái)面來(lái)講，高度值是確定的常數(shù)，并且常量在機(jī)器人中不會(huì)被清零，而建立程序數(shù)據(jù)時(shí)，默認(rèn)的類(lèi)型

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)了文字書(shū)寫(xiě)的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施方法，通過(guò)此方法能避免筆芯碰撞、軌跡深淺不一、字體凌亂等問(wèn)題。已經(jīng)在實(shí)際中進(jìn)行運(yùn)用，效果良好。有效降低了工業(yè)機(jī)器人碰撞的發(fā)生率，延長(zhǎng)了機(jī)器人使用壽命，降低了學(xué)習(xí)難度。此方法可以推廣至多種任務(wù)的編程過(guò)程中，例如焊接、碼垛、裝配等。

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