機(jī)器人搬運(yùn)碼垛金字塔形狀物料仿真設(shè)計(jì)研究

潘杰

摘要：搬運(yùn)碼垛是機(jī)器人經(jīng)常要完成的任務(wù)，把物料搬運(yùn)碼垛成一個(gè)金字塔形狀需要一個(gè)精確的設(shè)計(jì)過(guò)程，此過(guò)程要設(shè)置帶有傳感器的能夠傳送物品的傳送帶功能裝置，設(shè)置準(zhǔn)確的屬性和信號(hào)連接，設(shè)置工作站的邏輯關(guān)系，對(duì)起始點(diǎn)和放置點(diǎn)進(jìn)行示教定位、編寫搬運(yùn)碼垛程等。本文在robotstudio基礎(chǔ)上完成了機(jī)器人將物料分層次碼垛成一個(gè)金字塔形狀智能工作站。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;搬運(yùn);碼垛

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0021-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 研究任務(wù)

在機(jī)器人工作站中，編寫機(jī)器人程序，完成傳送帶物料輸送到位后，機(jī)器人從傳送帶上將物料取走，擺放到指定的物料盤中，要求按照由右到左的順序擺放，分五層擺放，從最低層往上數(shù)，擺放數(shù)量為5個(gè)、4個(gè)、3個(gè)、2個(gè)、1個(gè)，最終擺放成金字塔形狀。物料直徑是40mm，物料高度為20mm，左右物料中間空襲的間距是2mm。啟動(dòng)和停止按鈕在RobotStudio中通過(guò)仿真工作站I/O信號(hào)模擬。利用教建立的仿真工作站進(jìn)行機(jī)器人編程并仿真運(yùn)行無(wú)問(wèn)題后，在將程序?qū)雽?shí)際的工作站中，示教運(yùn)行完成物料的搬運(yùn)動(dòng)作。

2 傳送帶功能的建立

在建模工具欄中選擇“Smart組件”，在RobotStudio“布局”窗口的列表中右擊新建立的Smart組件名稱，快捷菜單中選擇“重命名”，輸入名稱為“傳送帶動(dòng)作”， 在“布局”窗口的列表中拖拽“小物料和傳送帶到傳送帶動(dòng)作”節(jié)點(diǎn)下。

2.1.設(shè)置傳感器

在傳送帶動(dòng)作組件窗口中點(diǎn)擊“添加組件”，從菜單中選擇“傳感器”，然后在子菜單中選擇“PlaneSensor”。設(shè)置動(dòng)作組件：在傳送帶動(dòng)作組件窗口中點(diǎn)擊“添加組件”，從菜單中選擇“動(dòng)作”，然后在子菜單中選擇“Source”。在屬性窗口中進(jìn)行設(shè)置。? 添加“Queue”組件，不需要對(duì)屬性進(jìn)行設(shè)置。? 設(shè)置LinearMover組件。添加“LogicGate”組件，在屬性窗口中設(shè)定“Operator”為NOT。

3 設(shè)定屬性和信號(hào)連接

3.1 設(shè)置屬性連結(jié)

在“傳送帶動(dòng)作”組件窗口中，點(diǎn)擊“屬性與連結(jié)”標(biāo)簽，然后點(diǎn)擊“添加連結(jié)”，將彈出“添加連結(jié)”窗口。

3.2 添加I/OConnection

（1）設(shè)置傳送帶信號(hào)輸入開(kāi)始小物料的來(lái)源的復(fù)制。

（2）設(shè)置來(lái)源執(zhí)行后，開(kāi)始隊(duì)列的執(zhí)行，將復(fù)制的小物料排列在隊(duì)列后。

（3）設(shè)置傳感器識(shí)別到物料后，隊(duì)列停止。

（4）設(shè)置傳感器識(shí)別到物料后，給外部輸出識(shí)別到物料的信號(hào)。

（5）設(shè)置當(dāng)物料被拿走后，傳感器沒(méi)有識(shí)別到物料關(guān)聯(lián)反向信號(hào)。

（6）設(shè)置反向信號(hào)與來(lái)源執(zhí)行相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)傳感器沒(méi)有識(shí)別到物料時(shí)，物料復(fù)制并重復(fù)進(jìn)行排隊(duì)前進(jìn)。

4 工作站的邏輯設(shè)置

4.1 添加機(jī)器人系統(tǒng)

在添加機(jī)器人系統(tǒng)的選項(xiàng)界面中點(diǎn)擊“選項(xiàng)”按鈕。彈出更改選項(xiàng)窗口，在類別中選擇“Default Language”，在選項(xiàng)中取消English的勾選，勾選Chinese，為了讓機(jī)器人能夠與外部通信還需要添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以在類別中選擇“Industrial Networks”，在選項(xiàng)中勾選“709-1 DeviceNet Master/Slave”，點(diǎn)擊“確定”按鈕后，回到“從布局創(chuàng)建系統(tǒng)”窗口。

4.2 建立機(jī)器人IO信號(hào)

點(diǎn)擊“控制器”菜單，在左側(cè)控制器列表中展開(kāi)“配置”接點(diǎn)，雙擊“I/O System”接點(diǎn)，在右側(cè)打開(kāi)配置I/O系統(tǒng)窗口。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“DeviceNet Device”節(jié)點(diǎn)選擇“新建DeviceNet Device…”，打開(kāi)的窗口中的Name后文本框中輸入“D651”，然后點(diǎn)擊確定。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“Signal”節(jié)點(diǎn)選擇“新建Signal”，在Type of Signal列表中選擇“Digital Input”。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“Signal”節(jié)點(diǎn)選擇“新建Signal”，在Type of Signal列表中選擇“Digital Output”。

4.3 設(shè)定信號(hào)連接

進(jìn)入“仿真”菜單，在工具欄中選擇“工作站邏輯”。設(shè)置工作站啟動(dòng)信號(hào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)功能，模擬工作站中的“啟動(dòng)按鈕”的功能;設(shè)置工作站停止信號(hào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)停止功能，模擬工作站“停止按鈕”的功能;設(shè)置與夾爪的連接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過(guò)“do_xp”信號(hào)來(lái)控制吸盤的開(kāi)合;設(shè)置傳送帶信號(hào)與機(jī)器人信號(hào)的連接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過(guò) “di_csd”信號(hào)是否為1來(lái)判斷物料是否到位。設(shè)置工作站啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)器人信號(hào)的連接設(shè)置工作站啟動(dòng)信號(hào)與傳送帶啟動(dòng)信號(hào)連接：實(shí)現(xiàn)傳送帶獲得工作站傳入的啟動(dòng)信號(hào);設(shè)置工作站停止信號(hào)與機(jī)器人信號(hào)的連接：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人獲得工作站傳給機(jī)器人的停止信號(hào)。設(shè)置結(jié)果如圖1所示。

5 碼垛編程

5.1 搬運(yùn)流程圖

機(jī)器人首先運(yùn)動(dòng)到初始位置，之后機(jī)器人末端工具直線運(yùn)動(dòng)到第一個(gè)待取料的上方點(diǎn)位，然后垂直下落到取物料點(diǎn)位，夾取物料、向上抬起到上方定位后平移到待放點(diǎn)位上方，再垂直下落到放置點(diǎn)位后放下物料，之后機(jī)器人抬起。夾取其他物料的過(guò)程與第一個(gè)相同，只是點(diǎn)位不同?？傮w流程圖如圖2所示。

5.2 程序數(shù)據(jù)聲明

編寫程序前首先要進(jìn)行程序數(shù)據(jù)聲明，聲明起始點(diǎn)、取料點(diǎn)、放料點(diǎn)等7個(gè)點(diǎn)位， 在RobotStudio中選擇RAPID菜單，按照下列程序所示進(jìn)行程序數(shù)據(jù)聲明。

程序數(shù)據(jù)聲明：

MODULE Module1

CONST robtarget home：=[[301.24，0.00，558.00]，[0.00526559，0，-0.999986，0]，[0，0，0，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明起始點(diǎn)

CONST robtarget qwl：=[[322.54，426.08，287.50]，[0.00526541，-4.20242E-8，-0.999986，-1.10285E-7]，[0，0，0，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明取料點(diǎn)常量

CONST robtarget fwl：=[[346.29，-282.31，297.79]，[0.00526535，-1.92038E-8，-0.999986，-8.44633E-8]，[-1，-1，-1，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明放料點(diǎn)常量

VAR num i; ！聲明循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)變量

VAR robtarget qwls; ！聲明取物料點(diǎn)上方變量

VAR robtarget fwls; ！聲明放物料點(diǎn)上方變量

VAR robtarget fwl2; ！聲明放物料點(diǎn)到位變量

5.3 編寫main函數(shù)

PROC main（） ！主函數(shù)

Movej home，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運(yùn)動(dòng)到起始點(diǎn)

FOR i FROM 0 TO 14 DO ！循環(huán) 15 次，取放 15 個(gè)物料

qwls：=offs（qwl，0，0，30）; ！計(jì)算取料點(diǎn)上方點(diǎn)位

MoveL qwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運(yùn)動(dòng)到傳送帶取物料位置上方

WaitDI di_csd，1; ！等待輸入信號(hào) di_csd 為 1，即等待傳送帶物料到位

MoveL qwl，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運(yùn)動(dòng)到取料點(diǎn)位置

set do_xp; ！吸盤置 1，執(zhí)行夾取動(dòng)作，夾取物料

WaitTime 0.5; ！等待 0.5s，以?shī)A穩(wěn)物料

MoveL qwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！提升到取料點(diǎn)上方位置

IF i<5 THEN ！如果 i<5

fwls：=offs（fwl，0，i*42-36，40）; ！運(yùn)動(dòng)到第一層放料點(diǎn)位置上方

fwl2：=offs（fwl，0，i*42-36，0）; ！運(yùn)動(dòng)到第一層放料點(diǎn)位置

ELSEIF i<9 THEN ！否則 5<=i<9

fwls：=offs（fwl，0，（i-5）*42-16，80）; ！運(yùn)動(dòng)到第二層放料點(diǎn)位置上方

fwl2：=offs（fwl，0，（i-5）*42-16，20）; ！運(yùn)動(dòng)到第二層放料點(diǎn)位置

余下循環(huán)程序可根據(jù)9<=i<12 ，12<=i<14， i=14，可依次運(yùn)動(dòng)到第三層、第四層、第五層的放料點(diǎn)，

設(shè)置放料點(diǎn)程序如下：

MoveL fwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！移動(dòng)到放料點(diǎn)上方

MoveL fwl2， v300， fine， tool0＼WObj：=wobj0; ！慢速下落到放料點(diǎn)位置

reset do_xp; ！吸盤置 0

WaitTime 0.5; ！等待 0.5s ，以放穩(wěn)物料

ENDFOR ！ 結(jié)束 FOR 循環(huán)

Movej home，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運(yùn)動(dòng)到起始點(diǎn)

Stop; ！停止本次循環(huán)

ENDPROC ！ 結(jié)束 main 函數(shù)

ENDMODULE ！結(jié)束 MODULE

5.4 程序?qū)霗C(jī)器人工作站

在RobotStudio軟件中，點(diǎn)擊“RAPID”菜單，在左側(cè)列表中，展開(kāi)RAPID接點(diǎn)，右鍵單擊程序模塊“module1”，然后選擇“保存模塊為…”，選擇保存位置，然后點(diǎn)擊“保存”按鈕。加載模塊到真實(shí)工作站，要保證電腦與真實(shí)工作站的控制器通過(guò)網(wǎng)線連接。在RobotStudio中，新建空工作站，添加“IRB120”機(jī)器人，然后在“控制器”菜單中，點(diǎn)擊“添加控制器”子菜單中的“一鍵連接…”，連接到真實(shí)工作站中的控制器 在“控制器”列表中將出現(xiàn)服務(wù)端口及其下面列出的控制器系統(tǒng)，展開(kāi)接點(diǎn)到“T_ROB1”，右鍵點(diǎn)擊該節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇“加載模塊”，在打開(kāi)的窗口中選擇之前保存的模塊，然后點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，如果原有工作站有同名的模塊，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，詢問(wèn)是否覆蓋同名的模塊，這里點(diǎn)擊“是”。

5.5 點(diǎn)位示教

示教home點(diǎn)，將機(jī)器人的末端工具，調(diào)整為垂直向下?tīng)顟B(tài)，此點(diǎn)為home點(diǎn)，在示教器的“程序編輯器”中，打開(kāi)main例行程序，在代碼中點(diǎn)擊MovJ 后面home，選擇下方的“修改位置”，完成home點(diǎn)的示教。示教取料點(diǎn)，取物料目標(biāo)點(diǎn)要保證夾住物料時(shí)不改變位置，在代碼中點(diǎn)擊MovL后面qwl，選擇下方的“修改位置”，完成qwl點(diǎn)的示教。示教放料點(diǎn)，示教放物料目標(biāo)點(diǎn)（點(diǎn)位名稱fwl）時(shí)，應(yīng)當(dāng)夾著物料進(jìn)行示教。在代碼中點(diǎn)擊MovL 后面fwl，選擇下方的“修改位置”，完成 fwl點(diǎn)的示教。

6 仿真運(yùn)行

在RobotStudio的仿真設(shè)定中不需要仿真機(jī)器人，在“仿真”菜單中點(diǎn)擊“仿真設(shè)定”，在仿真設(shè)定窗口中取消“system1”后面的勾選，關(guān)閉仿真設(shè)定窗口。在“仿真”菜單中，點(diǎn)擊“重置”從列表中選擇“初始狀態(tài)”，使工作站和機(jī)器人恢復(fù)到運(yùn)行的起止?fàn)顟B(tài)位置。

機(jī)器人開(kāi)啟自動(dòng)，在“控制器”菜單中點(diǎn)擊“控制面板”，在右側(cè)出現(xiàn)“控制面板”窗口，在窗口中將操作模式選擇為“自動(dòng)”，點(diǎn)擊“電機(jī)按鈕”給電機(jī)上電。在“仿真”菜單中，點(diǎn)擊“播放”按鈕，開(kāi)始仿真，“I/O仿真器”窗口中選擇系統(tǒng)為“工作站信號(hào)”，在下面出現(xiàn)start和stop兩個(gè)按鈕，點(diǎn)擊“start”將啟動(dòng)機(jī)器人和傳送帶的運(yùn)行。按下“stop”將停止機(jī)器人的運(yùn)行，再次點(diǎn)擊“start”機(jī)器人將繼續(xù)運(yùn)行。最終實(shí)現(xiàn)如圖3所示金字塔形狀搬運(yùn)碼垛功能。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】