基于視覺系統(tǒng)的ABB機(jī)器人裝配程序設(shè)計

劉廣濤 韓昊宏 柏淑軍

（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林長春 130013）

0 引言

工業(yè)機(jī)器人已成為智能制造的重要組成部分，為服務(wù)國家高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，教育部發(fā)布的《1+X工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)》和人社部發(fā)布的《工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)》中均要求從事工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成人員應(yīng)具備以下能力：1）基于機(jī)器視覺系統(tǒng)結(jié)合外圍設(shè)備等配置機(jī)器人工作站或系統(tǒng)參數(shù)[1]；2）能夠設(shè)計機(jī)器人工作站的程序框架或系統(tǒng)的總控程序，完成生產(chǎn)聯(lián)調(diào)[2]。但在技能競賽和技能鑒定過程中，筆者發(fā)現(xiàn)參賽選手或考核人員所設(shè)計的程序過于臃腫，且工作效率低下，甚至難以在規(guī)定時間內(nèi)完成考核任務(wù)。

1 ABB機(jī)器人視覺工作站

ABB機(jī)器人視覺工作站是《1+X工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)》和《工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)》考核平臺[3]，同時應(yīng)用于吉林省技能大賽、中國第一汽車集團(tuán)有限公司機(jī)器人工種考核培訓(xùn)，現(xiàn)已在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成人員的教學(xué)、培訓(xùn)、職業(yè)競賽、技能鑒定中廣泛應(yīng)用。

本工作站由ABB工業(yè)機(jī)器人、快換裝置模塊、變位機(jī)模塊、立體料倉模塊和視覺檢測模塊組成：

1）快換裝置模塊：主要根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)目標(biāo)和操作對象，提供多種不同的快換工具。

2）變位機(jī)模塊：通過組態(tài)IO模塊和以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行信息交互，PLC最終根據(jù)機(jī)器人的命令將變位機(jī)運(yùn)行到指定的位置。

3）立體料倉模塊：主要用于儲存多種零件，機(jī)器人通過數(shù)字量輸入/輸出控制，完成零件的供料和料倉監(jiān)控。

4）視覺檢測模塊：對工件位置、顏色等信息進(jìn)行檢測。

2 任務(wù)分析

現(xiàn)以完成關(guān)節(jié)部件的裝配任務(wù)為例進(jìn)行任務(wù)分析。本任務(wù)中根據(jù)法蘭顏色，機(jī)器人自動切換工具從立體料倉抓取與法蘭同顏色的關(guān)節(jié)基座和電機(jī)完成三套關(guān)節(jié)成品的裝配工作，其任務(wù)流程如圖1所示。

圖1 任務(wù)流程圖

3 程序設(shè)計

3.1 PLC組態(tài)

通過PLC編程軟件實(shí)現(xiàn)PLC硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)定、PLC與機(jī)器人通信程序編寫等內(nèi)容。常規(guī)上視覺系統(tǒng)與ABB機(jī)器人采用Socket通信的方式，劣勢在于程序復(fù)雜、編程調(diào)試效率低下，不利于實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)、競賽考核等。

本程序設(shè)計ABB 機(jī)器人與視覺系統(tǒng)采用ProfiNET通信，PLC端編寫梯形圖程序控制視覺系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化、相機(jī)拍照、顏色及角度識別，可以提高編程效率，提高機(jī)器人程序的柔性化程度[4]。

3.2 視覺系統(tǒng)調(diào)試

視覺系統(tǒng)由康耐視相機(jī)、光源及安裝相機(jī)控制軟件的計算機(jī)組成。首先正確安裝并連接相機(jī)，設(shè)置計算機(jī)和相機(jī)的通信地址，通過命令提示符窗口測試電腦與相機(jī)之間的通信；不斷調(diào)整視覺參數(shù)，直到視覺調(diào)試軟件可以清晰地顯像；觸發(fā)相機(jī)拍照，獲取相機(jī)數(shù)據(jù)，完成相機(jī)對工件形狀、位置和顏色的學(xué)習(xí)和識別，便于工業(yè)機(jī)器人抓取傳送帶上不同位置的工件；最后進(jìn)行相機(jī)通信參數(shù)相關(guān)設(shè)置，保證機(jī)器人、PLC、相機(jī)三者之間通信正常。具體視覺調(diào)試流程如圖2所示。

圖2 視覺調(diào)試流程

3.3 ABB機(jī)器人程序設(shè)計

根據(jù)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)流程和運(yùn)動軌跡進(jìn)行程序設(shè)計，編寫機(jī)器人主程序和子程序[5]。

首先，以數(shù)組的形式建立一維點(diǎn)位數(shù)據(jù)，用數(shù)組的形式建立工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軌跡的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，有利于通過復(fù)制、粘貼的形式簡單地修改，以此加快程序編輯速度，有利于后期編輯子程序中使用形參進(jìn)行調(diào)用。

其次，需要建立工業(yè)機(jī)器人工具抓放程序、工件搬運(yùn)程序、工件裝配程序，本任務(wù)涉及弧口工具、平口工具、吸盤工具的抓放工序，按照常規(guī)的編程方式，僅工業(yè)機(jī)器人自動拾取工具一項(xiàng)便需要建立6個子程序，程序臃腫、效率低下。所以本程序設(shè)計通過數(shù)組、偏移、內(nèi)部形參變量的形式將6個子程序合成1個程序即帶參子程序，不僅提高了程序柔性化程度，還可根據(jù)任務(wù)賦值參數(shù)調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)不同的任務(wù)流程和工序。

最后，建立VAR num p、VAR num s，通過賦值變量p控制tp工具示教點(diǎn)位中的運(yùn)動點(diǎn)位，通過賦值變量s到程序yv12(num p,num s)中應(yīng)用TEST...CASE指令實(shí)現(xiàn)分支走向的判斷，其中CASE1實(shí)現(xiàn)快換裝置彈珠伸出，CASE2實(shí)現(xiàn)快換裝置彈珠縮回。子程序pt(num p,num s)在主程序調(diào)用中，通過主程序?qū)崿F(xiàn)對于VAR num p和VAR num s的賦值，實(shí)現(xiàn)指定工具的抓取及放下。以工具抓放程序?yàn)槔绦蛉缦拢?/p>

PROC pt(num p,num s)//抓放工具程序

MoveAbsJ hNoEOffs, v150, z50, tool0;//回原位

MoveL Offs (tp {p},0,100,120), v150, z50,tool0;//過渡點(diǎn)

MoveL Offs(tp{p},0,0,120),v150,z50,tool0;

MoveL Offs(tp{p},0,0,0), v50, fine, tool0;//目標(biāo)點(diǎn)

yv12 p,s;//快換裝置彈珠伸縮控制子程序

MoveL Offs(tp{p},0,0,120),v150,z50,tool0;

MoveL Offs (tp {p},0,100,120), v150, z50,tool0;

MoveAbsJ hNoEOffs,v150,z50,tool0;//ENDPROC

PROC yv12 (num p,num s)//快換裝置彈珠伸縮控制子程序

WaitTime 1;

TEST s//條件判斷

CASE 1://s等于1時執(zhí)行

Set YV2;//信號YV2置1

Reset YV1;/信號YV2置0

CASE 2://s等于2時執(zhí)行

Set YV1;//信號YV2置1

Reset YV2;//信號YV2置0

ENDTEST//條件判斷結(jié)束

WaitTime 1;ENDPROC

工業(yè)機(jī)器人根據(jù)視覺系統(tǒng)反饋的法蘭顏色對料倉抓取位置進(jìn)行判斷時，采用TSET條件判斷指令結(jié)合系統(tǒng)中自定義數(shù)據(jù)datain.data1的狀態(tài)進(jìn)行識別，另外因?yàn)殛P(guān)節(jié)底座是按照要求固定擺放，所以根據(jù)datain.data1的狀態(tài)，分別調(diào)用帶參數(shù)子程序pc(num p,num s)。比如視覺識別當(dāng)前法蘭顏色為紅色，datain.dat=1，此時機(jī)器人需要抓取料倉第一排第一個庫位的紅色關(guān)節(jié)底座，所以將變量p賦值為1，變量s賦值1，調(diào)用程序(pc 1,1)。紅色關(guān)節(jié)部件成品裝配完成后按照要求需將成品放回料倉第二排第三個庫位，所以調(diào)用程序(pc 3,2)。

主程序編程如下：

PROC main()

MoveAbsJ hNoEOffs, v300, z50, tool0;//機(jī)器人回原位

pt 1,1;//抓取弧口工具

v 1,1;//觸發(fā)視覺拍照

WaitTime 2;

TEST datain.data1//判斷視覺反饋數(shù)據(jù)判斷法蘭顏色確定抓取位置

CASE 1:

pc 1, 1;//機(jī)器人抓取料倉庫位1的關(guān)節(jié)底座

CASE 2:

pc 2, 1;//機(jī)器人抓取料倉庫位2的關(guān)節(jié)底座

CASE 3:

pc 3, 1;//機(jī)器人抓取料倉庫位3的關(guān)節(jié)底座

ENDTEST

pz1 1,2;//機(jī)器人將關(guān)節(jié)底座放置到變位機(jī)

WaitTime 1;

Set EXDO2;

Reset EXDO3;//變位機(jī)氣缸伸出固定關(guān)節(jié)底座

int;//機(jī)器人工具開合信號初始化

pt 1,2;//放下弧口工具

pt 2,1;//抓取平口工具

WaitTime 2;

TEST datain.data1//判斷視覺反饋數(shù)據(jù)確定法蘭顏色

CASE 1:

pc 6,1;//機(jī)器人抓取料倉庫位6的電機(jī)CASE 2:

pc 5,1;//機(jī)器人抓取料倉庫位5的電機(jī)CASE 3:

pc 4,1;//機(jī)器人抓取料倉庫位4的電機(jī)ENDTEST

pz1 2, 2;//機(jī)器人將電機(jī)放置到變位機(jī)處關(guān)節(jié)底座中完成裝配

int;//機(jī)器人工具開合信號初始化

pt 2,2;//放下平口工具

pt 3,1;//抓取吸盤工具

pv 1,1;//抓取法蘭工件

pz2 1, 2;//機(jī)器人將法蘭放置到變位機(jī)處完成關(guān)節(jié)部件裝配

int;//機(jī)器人工具開合信號初始化

pt 3,2;//放下吸盤工具

pt 1,1;//抓取弧口工具

Set EXDO3;

Reset EXDO2;//變位機(jī)氣缸縮回釋放關(guān)節(jié)底座

WaitTime 1;

pz1 1,1;/機(jī)器人將關(guān)節(jié)成品從變位機(jī)處取回

TEST datain.data1//判斷視覺反饋數(shù)據(jù)判斷法蘭顏色確定放回位置

CASE 1:

pc 1, 2;//機(jī)器人將關(guān)節(jié)成品放回料倉庫位1

CASE 2:

pc 2, 2;//機(jī)器人將關(guān)節(jié)成品放回料倉庫位2

CASE 3:

pc 3, 2;//機(jī)器人將關(guān)節(jié)成品放回料倉庫位3

ENDTEST

int;//機(jī)器人工具開合信號初始化

pt 1,2;//放下弧口工具

MoveAbsJ hNoEOffs,v300,z50,tool0;ENDPROC

4 結(jié)束語

本任務(wù)來源于汽車行業(yè)真實(shí)的技能考核案例，通過設(shè)計帶參機(jī)器人程序、主站PLC程序和視覺檢測系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化地完成標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)節(jié)部件裝配、定制化關(guān)節(jié)部件裝配和自動化裝配入庫功能。本文所設(shè)計的程序不僅可以有效提高編程調(diào)試效率，大幅度提高生產(chǎn)節(jié)拍，更能實(shí)現(xiàn)一程序多流程、一框架多場景的應(yīng)用，為企業(yè)技術(shù)人員設(shè)計真實(shí)產(chǎn)線程序框架標(biāo)準(zhǔn)提供了較為有效的思路。