關(guān)于提升工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行效率的三點(diǎn)問(wèn)題探究

陳子洋 楊夢(mèng)寒 崔岳

摘要：在不斷推進(jìn)“中國(guó)制造2025”的國(guó)家戰(zhàn)略過(guò)程中，大力發(fā)展智能制造產(chǎn)業(yè)是重中之重。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造體系中的執(zhí)行級(jí)機(jī)構(gòu)，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，是衡量一個(gè)國(guó)家創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，已成為全球新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的重要切入點(diǎn)。在機(jī)器人的操作過(guò)程中，無(wú)論編程思路、示教定點(diǎn)等技術(shù)細(xì)節(jié)上都有很多方面可以提升。筆者根據(jù)平時(shí)的學(xué)習(xí)和工作積累，就工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行效率的提升，提出幾點(diǎn)探索。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人、空間軌跡規(guī)劃、模塊化、安全點(diǎn)（HOME點(diǎn)）。

引言：隨著高新科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已是工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用最多的產(chǎn)品之一。且工業(yè)機(jī)器人具有高穩(wěn)定性、高效率、高精度、多環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)，開(kāi)始取代人工。工業(yè)機(jī)器人屬于密集行業(yè)，且對(duì)從業(yè)人員專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和技能要求水平較高。從業(yè)人員普遍缺少能夠?qū)Σ煌a(chǎn)線進(jìn)行調(diào)試的能力，以及對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行空間進(jìn)行軌跡劃，模塊化編寫(xiě)程序等解決實(shí)際工藝的思路。

1? 基于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程

庫(kù)卡、ABB、安川、發(fā)那科是目前國(guó)際上主流的機(jī)器人“四大家族”。1973年，德國(guó)庫(kù)卡公司（KUKA）研發(fā)出第一臺(tái)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。1974年，瑞典通用電機(jī)公司（ABB公司的前身）開(kāi)發(fā)出世界上第一臺(tái)全電力驅(qū)動(dòng)、由微處理器控制的工業(yè)機(jī)器人。1977年，安川研發(fā)出日本首臺(tái)全電氣式產(chǎn)業(yè)用機(jī)器MOTOMAN。FANUC可追溯到最早大概1956年。

1.2我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顟B(tài)

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)起步較晚，但是相對(duì)發(fā)展的較快，突出增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力這一條主線，使我國(guó)工業(yè)機(jī)器人快速進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。近些年我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)飛速發(fā)展，我國(guó)在精密裝配機(jī)器人和多關(guān)節(jié)機(jī)器人等領(lǐng)域的研究逐漸縮小了與世界先進(jìn)水平的差距，中國(guó)也在邁向制造大國(guó)，工業(yè)強(qiáng)國(guó)。

1.3 工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

智能化時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來(lái)看，視覺(jué)識(shí)別技術(shù)在機(jī)器人上的應(yīng)用已經(jīng)成為智能化方向的主流。今后可能會(huì)通過(guò)機(jī)器人AI算法使機(jī)器人采用多種傳感技術(shù)來(lái)提升工藝的復(fù)雜度，更好的提升生產(chǎn)線的自動(dòng)化率。機(jī)器人末端卡具，很大一部分都更換成了方便的快換卡具，使機(jī)器人可完成的工藝更多。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，主要為程序系統(tǒng)的模塊化、結(jié)構(gòu)化、控制技術(shù)的智能化，不斷方便的編程語(yǔ)言和較好的空間軌跡規(guī)劃與防碰撞安全點(diǎn)。

1.4 基于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入到了工業(yè)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)，種類也很多例如焊接、噴涂、裝配、碼垛、雕刻等種類。原因是機(jī)器人有多運(yùn)動(dòng)自由度三個(gè)平移方向與機(jī)器三個(gè)平移方向的旋轉(zhuǎn)。有三種運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)方式：直線、關(guān)節(jié)、圓弧插補(bǔ)三種方式，使用得當(dāng)可使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更加靈活美觀，還有許多相關(guān)指令還可以進(jìn)行各種條件判斷。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制最重要的莫過(guò)于機(jī)器人空間軌跡規(guī)劃與防碰撞安全點(diǎn)。

2? 關(guān)于工業(yè)機(jī)器人提升運(yùn)行效率的編程設(shè)計(jì)

2.1基于工業(yè)機(jī)器人安全點(diǎn)運(yùn)用

對(duì)于機(jī)器人安全點(diǎn)的運(yùn)用，安全點(diǎn)通俗講就是機(jī)器人不會(huì)與外圍設(shè)備發(fā)生碰撞的點(diǎn)，最初的安全點(diǎn)我們稱之為HOME點(diǎn)。多安全點(diǎn)就是在各個(gè)設(shè)備旁邊再多示教一個(gè)安全點(diǎn)，也是為了保證絕對(duì)安全。這些多安全點(diǎn)可使機(jī)器運(yùn)行更加安全，一般都會(huì)用到直線插補(bǔ)方式，回到HOME點(diǎn)的時(shí)候才會(huì)用到關(guān)節(jié)插補(bǔ)。

這是要放置工件的兩條程序，這是將0賦給位置寄存器PR[2]的Z方向數(shù)據(jù)清零。點(diǎn)P[3]在這里是必須放在P[2]前一句才可以和點(diǎn)P[2]同時(shí)進(jìn)行偏移是因?yàn)橐冉?jīng)過(guò)防碰撞安全點(diǎn)后才可以放在目標(biāo)點(diǎn)。同時(shí)多安全點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路，也是機(jī)器人軌跡優(yōu)化和模塊化編程的基礎(chǔ)。

2.2 基于工業(yè)機(jī)器空間軌跡規(guī)劃使用

對(duì)于空間軌跡規(guī)劃的使用，空間規(guī)劃對(duì)于優(yōu)化程序極為重要，在優(yōu)化過(guò)的軌跡里面應(yīng)該學(xué)會(huì)巧妙地運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)插補(bǔ)與直線插補(bǔ)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化?？纱蠓s減程序的編寫(xiě)，如圖

這是取放件程序，前面兩個(gè)防碰撞安全點(diǎn)PTP（關(guān)節(jié)插補(bǔ)），之后就是偏移指令進(jìn)行放件，注意在放工件是一定要用直線插補(bǔ)以防發(fā)生碰撞。

2.3?? 基于工業(yè)機(jī)器人模塊化編程

模塊化（代指封裝好的子程序）的編程，既能夠?qū)崿F(xiàn)多安全點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路，又能夠滿足空間軌跡規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化。模塊化的結(jié)構(gòu)就是將一套完整的工藝組成某幾個(gè)部分將這幾個(gè)部分在串聯(lián)起來(lái)組成一套完整的流程，循環(huán)嵌套IF判斷執(zhí)行子程序。其次就是將經(jīng)常用到的HOME點(diǎn)設(shè)置成為全局變量，這樣在每個(gè)子程序之前都可以進(jìn)行保護(hù)，每個(gè)子程序中也可以加上單獨(dú)屬于自己程序的局部變量安全點(diǎn)，以防止后期出現(xiàn)沖突，該點(diǎn)也不會(huì)在別的程序中執(zhí)行。

模塊化的編程是將一對(duì)多變成一對(duì)一，每個(gè)都進(jìn)行“封裝”，這些就是主程序里面進(jìn)行跳轉(zhuǎn)執(zhí)行的目標(biāo)?；蛘邔⒅貜?fù)用到的指令也“封裝”起來(lái)之后再去重復(fù)調(diào)用這些塊，既可以大大節(jié)省CPU循環(huán)掃描，提升響應(yīng)時(shí)間，也可以大大降低出錯(cuò)率，節(jié)約資源。

3? 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人的種類越來(lái)越多，適用行業(yè)也越來(lái)越多。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)自動(dòng)化中的地位越來(lái)越重要，工業(yè)機(jī)器人體積相對(duì)龐大并且與要建立交互的設(shè)備也越來(lái)越多，所以在給機(jī)器人編程的時(shí)候，對(duì)于機(jī)器人的空間軌跡規(guī)劃的優(yōu)化考慮及其多安全點(diǎn)的建立至關(guān)重要。不僅使機(jī)器人的安全性提高而且相對(duì)優(yōu)化的路徑更能發(fā)揮出機(jī)器人的性能，從而為智能制造產(chǎn)業(yè)的效率提升和競(jìng)爭(zhēng)力提高，做出基礎(chǔ)保障。

作者簡(jiǎn)介：陳子洋（1999- ），男，河北省石家莊人?，F(xiàn)為河北岳勛環(huán)保設(shè)備有限公司員工。機(jī)器人，智能制造自動(dòng)化專業(yè)工程師。2018年參加河北省工業(yè)機(jī)器人比賽。2019年9月、11月，分別獲得河北省智能制造一等獎(jiǎng)、全國(guó)智能制造二等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)：

1.黃風(fēng). 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例集錦. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2017

2.黃風(fēng). 工業(yè)機(jī)器人編程指令詳解. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2017

3.范凱. 機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2019

4.韓鴻鑾，蔡艷輝，盧超. 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2017

5.余任沖. 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例入門(mén). 北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社， 2017

6.張培艷. 工業(yè)機(jī)器人操作與應(yīng)用實(shí)踐教程. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2009

7.崔岳. 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程. 廊坊：廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院校本教材，2021