第五篇應(yīng)用篇——工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用

任務(wù)二工業(yè)機器人碼垛第五篇應(yīng)用篇——工業(yè)機器人世界漫游

1.了解碼垛的應(yīng)用和算法；2.掌握功能程序的應(yīng)用；3.掌握碼垛任務(wù)工作站的創(chuàng)建和配置；4.掌握碼垛任務(wù)機器人程序編寫與調(diào)試。5.2工業(yè)機器人碼垛任務(wù)描述

5.2工業(yè)機器人碼垛

碼垛指將形狀基本一致的產(chǎn)品按一定的要求堆疊起來。碼垛機器人的功能就是把料袋或者料箱一層一層碼到托盤上，如圖5-21所示。本設(shè)備適應(yīng)于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等自動生產(chǎn)企業(yè)；對各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱等各種形狀的包裝都適應(yīng)。圖5-21機器人碼垛應(yīng)用任務(wù)功能簡介：

5.2工業(yè)機器人碼垛

本應(yīng)用選擇IRB460工業(yè)機器人對通過傳輸線輸送來的紙箱進(jìn)行左右兩個輸出工位進(jìn)行碼垛操作，如圖5-22所示，紙箱長600mm，寬250mm，高400mm。碼垛機器人除了完成搬運的任務(wù)，還要將工件有規(guī)律的擺放在托盤上。圖5-22碼垛仿真環(huán)境5.2工業(yè)機器人碼垛

碼垛擺放要求如圖5-23所示，奇數(shù)層碼垛要求如圖5-24(a)，偶數(shù)層要求如圖5-24（b）所示，并依次規(guī)律進(jìn)行疊加。圖5-23碼垛效果圖5-24碼垛單雙層【知識儲備】

5.2工業(yè)機器人碼垛

一、碼垛位置的算法IRB460機器人如果將工件從輸送線位置搬運至位置1，需要對抓取點和位置1這兩個位置點進(jìn)行示教，1層5個工件就需要示教5個點，10層需要50個點。那是否可以找出其中規(guī)律，減少點呢？我們發(fā)現(xiàn)位置2是在位置1的基礎(chǔ)上X正方向偏移了1個紙箱的寬度，也就是600mm，因此有了位置1，位置2就能通過運算得到。同樣的道理，對位置點3進(jìn)行示教后，位置3和位置5也能得到，如圖5-25所示。圖5-26第二層擺放位置圖5-25第一層擺放位置5.2工業(yè)機器人碼垛

同樣第二層碼垛，需要進(jìn)行位置1和位置4的示教，其余位置點通過運算得到，如圖5-26所示。其余層數(shù)只需要在第一層和第二層基礎(chǔ)上，在Z軸正方向上面疊加相應(yīng)的產(chǎn)品高度即可完成。圖5-26第二層擺放位置5.2工業(yè)機器人碼垛

二、功能程序應(yīng)用1、功能程序定義程序分為三類：無返回值程序（PROC程序）、有返回值程序（FUNCTION程序）和軟中斷程序（TRAP程序）。無返回值程序（PROC程序）不返回任何值，用于語句上下文中。有返回值程序（FUNCTION程序）將返回特定類型的值，用于表達(dá)式上下文中。軟中斷程序（TRAP程序）能對中斷進(jìn)行響應(yīng)。軟中斷程序可與特定中斷關(guān)聯(lián)起來，在后續(xù)發(fā)生該特定中斷的情況下，被自動執(zhí)行。通過有返回值程序（FUNCTION程序）調(diào)用，將對特定的有返回值程序進(jìn)行求值，并且調(diào)用中會收到有返回值程序返回的值。調(diào)用的參數(shù)將數(shù)據(jù)傳遞至所調(diào)用的有返回值程序。調(diào)用參數(shù)的數(shù)據(jù)類型必須等同于有返回值程序的相應(yīng)參數(shù)的類型。5.2工業(yè)機器人碼垛

FUNCboolfazhi(numparam0,numparam1)ifparam0+param1>10THENRETURNTRUE;!如果param0+param1>10，將TRUE作為返回值。ELSERETURNFALSE;!如果param0+param1<=10，將FALSE作為返回值。ENDIFENDFUNCPROCRountine2()flag1:=fazhi(2,8);!把2和8代入fazhi函數(shù)中參與運算，結(jié)果賦給flag1。ENDPROC5.2工業(yè)機器人碼垛

其中RETURN語句用于完成程序的執(zhí)行。如果程序是一個函數(shù)，則同時返回函數(shù)值。（1）主程序：停止程序，指針回到主程序第一條語句。（2）無返回值程序：通過過程調(diào)用后的指令，繼續(xù)程序執(zhí)行。（3）功能程序：返回函數(shù)的值。（4）軟中斷程序：從出現(xiàn)中斷的位置，繼續(xù)程序執(zhí)行。（5）無返回值程序中的錯誤處理器：通過調(diào)用程序以及錯誤處理器的程序（通過過程調(diào)用后的指令），繼續(xù)程序執(zhí)行。（6）功能程序中的錯誤處理器：返回函數(shù)值。5.2工業(yè)機器人碼垛

2、FUNCTION程序案例已知有12個物料。厚度均為30mm，按照圖中順序在流水線上依次到P0點。機器人只從P0點處取包裹，當(dāng)取走P0點上的包裹時，下一個包裹才能到達(dá)P0點（圖5-27）。要求：對快遞包裹碼垛，從P1位置開始按圖中順序一層層碼垛，P1、P2和P3是包裹處于第一層的位置。圖5-27物料碼垛圖5.2工業(yè)機器人碼垛

首先設(shè)置一個變量n，其意義為包裹的序數(shù)。n-1除以3的商再加1即為該包裹應(yīng)處于的層數(shù)。即：(n-1)DIV3=0時為第一層(n-1)DIV3=1時為第二層(n-1)DIV3=2時為第三層(n-1)DIV3=3時為第四層當(dāng)n除以3的余數(shù)為0時，表示該包裹應(yīng)P3點；其余n除以3的余數(shù)即為該包裹應(yīng)處于的平面點位。即：nMOD3=1時為P1點nMOD3=2時為P2點nMOD3=0時為P3點5.2工業(yè)機器人碼垛

再建立一個功能程序，數(shù)據(jù)類型為點位數(shù)據(jù)robtarget，設(shè)置一個數(shù)字量參數(shù)為n。將點位布局寫入該功能程序中。FUNCrobtargetPoint(numn)IFnMOD3=1THENPA:=offs(P1,0,0,(n-1)DIV3*30);ELSEIFnMOD3=2THENPA:=offs(P2,0,0,(n-1)DIV3*30);ELSEIFnMOD3=0THENPA:=offs(P3,0,0,(n-1)DIV3*30);ENDIFRETURNPA;ENDFUNC5.2工業(yè)機器人碼垛

功能程序建立以后，可以在其他例行程序中調(diào)用該功能程序。PROCmaduo()MoveJHome,v500,fine,tool0;FORmFROM1TO12DOMoveJoffs(P0,0,0,300),v200,fine,tool0;MoveLP0,v100,fine,tool0;SetDO10_127;MoveLoffs(P0,0,0,300),v100,fine,tool0;MoveJoffs(Point(m),0,0,300),v200,fine,tool0;MoveLPoint(m),v100,fine,tool0;ResetDO10_127;MoveLoffs(Point(m),0,0,300),v100,fine,tool0;ENDFORMoveJHome,v500,fine,tool0;ENDPROC任務(wù)描述

5.2.1

IO信號配置

在本工作站中，我們要用到的數(shù)字輸入信號有傳送帶工件到位信號、真空反饋信號等，此外還需要設(shè)置系統(tǒng)輸入輸出，如“啟動”、“停止”、“急停復(fù)位”、“打開真空”等，。在虛擬示教器中，根據(jù)所需信號我們選配IO通訊方式，由于信號數(shù)量較少，可以通過ABB標(biāo)準(zhǔn)IO板來進(jìn)行通訊，可以選取DSQC652，數(shù)字信號16進(jìn)16出，沒有模擬輸出。ABB標(biāo)準(zhǔn)IO板是下掛在DeviceNet總線上面的，配置比較簡單，單元信號配置如表5-3和表5-4所示。NameTypeofUnitConnectedtoBusDeviceNetAddressBoard10D652DeviceNet110NameTypeofSignalAssignedtounitUnitmapping信號注釋diBoxInPosDigitalinputBoard100傳送帶工件到位diPalletInPos1DigitalinputBoard101托盤工件到位di03_startDigitalinputBoard103“外接”開始di04_stopDigitalinputBoard104“外接”停止di05_estopresetDigitalinputBoard105“外接”急停復(fù)位doGripDigitaloutputBoard1032打開真空表5-3IO單元配置表表5-4I/O信號配置表5.2.1IO信號配置

I/O板的配置和I/O信號的配置參考本篇任務(wù)一搬運應(yīng)用。先進(jìn)行IO板配置，進(jìn)入“ABB”主菜單界面，在進(jìn)入控制面板→配置→DeviceNetDevice后，選擇“添加”設(shè)置，“使用來自模板的值”選擇DSQC652，參考表5-3參數(shù)，設(shè)置Name、Address兩個參數(shù)。再在IO板上添加IO信號，有diBoxInPos、diPalletInPos1、di03_start、di04_stop、di05_estopreset、doGrip五個數(shù)量輸入信號和一個數(shù)字輸出信號。進(jìn)入“ABB”主菜單界面，在進(jìn)入控制面板→配置→Signal后，選擇“添加”，設(shè)置Name、TypeofSignal、AssignedtoDevice、Devicemapping四個參數(shù)，如圖5-5所示。5.2.2創(chuàng)建任務(wù)數(shù)據(jù)

1、TCP的設(shè)定該工作站使用的是真空吸盤夾具，夾具比較規(guī)整，可以通過直接指定數(shù)值的方式創(chuàng)建工具數(shù)據(jù)。整個吸盤夾具重10kg，相對于tool0在Z方向偏移了160mm，如圖5-28所示。TCP的具體設(shè)定參考本篇任務(wù)一搬運應(yīng)用。圖5-28工具數(shù)據(jù)tooldata5.2.2創(chuàng)建任務(wù)數(shù)據(jù)

2、工件坐標(biāo)的設(shè)定本應(yīng)用中，工件坐標(biāo)系均采用用戶三點法創(chuàng)建。在虛擬示教器中，根據(jù)圖5-29所示位置設(shè)定工件坐標(biāo)。如果我們要完成左右兩個托盤的碼垛，就要對左右托盤的碼垛只需要建立2個工件坐標(biāo)系即可，X、Y、Z統(tǒng)一規(guī)定方向，分別定義工件坐標(biāo)系wobjPallet-L和wobjPallet-R。圖5-29工件坐標(biāo)系5.2.2創(chuàng)建任務(wù)數(shù)據(jù)

3、載荷數(shù)據(jù)的創(chuàng)建在虛擬示教器中，根據(jù)以下參數(shù)設(shè)定載荷數(shù)據(jù)LoadFull，載荷高度250mm，長600mm，寬400mm，設(shè)置方法參考任務(wù)一搬運應(yīng)用。設(shè)定有效的負(fù)載數(shù)據(jù)需根據(jù)實際的重量以及抓件的重心進(jìn)行設(shè)定，這樣能讓機器人運行起來更加平穩(wěn)；IRB460碼垛機器人沒有重心檢測功能，參數(shù)數(shù)值參考表5-5，虛擬示教器設(shè)置如圖5-30所示。參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值Mass40cogx0y0z100圖5-30LoadFull設(shè)置表5-5負(fù)荷數(shù)據(jù)5.2.2創(chuàng)建任務(wù)數(shù)據(jù)

4、目標(biāo)點的設(shè)定在本任務(wù)工作站中，需要示教4個目標(biāo)點（原點pHome、抓取點pPick1、右側(cè)旋轉(zhuǎn)90度點pPlaceBase1_90、右側(cè)不旋轉(zhuǎn)點pPlaceBase1_0），分別如圖5-31、圖5-32、圖5-33、圖5-34所示,還有一些過渡點pPickH1、pPlaceH1、pActualPos等可通過程序的計算得到。圖5-31原點pHome示教

圖5-32抓取點pPick示教圖5-33右側(cè)旋轉(zhuǎn)90度點pPlaceBase90示教

圖5-34右側(cè)不旋轉(zhuǎn)點pPlaceBase0示教5.2.3碼垛位置程序編寫

以碼垛的個數(shù)為參數(shù)n，建立1個碼垛位置的功能程序rPosition11(INOUTnumn)，返回值為根據(jù)碼垛個數(shù)計算出來的碼垛位置pPlace1（圖5-35）。圖5-35碼垛位置功能程序rPosition1建立5.2.3碼垛位置程序編寫

位置2是在位置1的基礎(chǔ)上X正方向偏移了1個紙箱的寬度，也就是600mm，位置點3同樣偏移了600mm，因此有了位置1，位置2和位置3就能通過運算得到。同樣的道理，對位置點4進(jìn)行示教后，位置5也能得到。同樣第二層碼垛，需要進(jìn)行位置1和位置4的示教，其余位置點通過運算得到，如圖5-26所示。其余層數(shù)只需要在第一層和第二層基礎(chǔ)上，在Z軸正方向上面疊加相應(yīng)的產(chǎn)品高度即可完成。5.2.3碼垛位置程序編寫

FUNCrobtargetrPosition11(INOUTnumn)TESTnCASE1:pPlace1:=Offs(pBase1_0,0,0,0);CASE2:pPlace1:=Offs(pBase1_0,600+10,0,0);CASE3:pPlace1:=Offs(pBase1_90,0,400+10,0);CASE4:pPlace1:=Offs(pBase1_90,400+10,400+10,0);CASE5:pPlace1:=Offs(pBase1_90,800+20,400+10,0);CASE6:pPlace1:=Offs(pBase1_0,0,600+10,200);CASE7:pPlace1:=Offs(pBase1_0,600+10,600+10,200);CASE8:pPlace1:=Offs(pBase1_90,0,0,200);CASE9:pPlace1:=Offs(pBase1_90,400+10,0,200);CASE10:pPlace1:=Offs(pBase1_90,800+20,0,200);DEFAULT:Stop;ENDTESTRETURNpPlace1;ENDFUNC5.2.4碼垛程序編寫1、機器人程序框架搭建以二層的碼垛為例，示例程序說明碼垛的過程，框架如圖5-36所示。在執(zhí)行初始化程序后，檢測工件和托盤是否到位以及托盤是否放滿，如果不滿就繼續(xù)抓取工件，根據(jù)碼垛要求放置的位置進(jìn)行放置工件，碼垛計數(shù)不滿的繼續(xù)延時循環(huán)運行，計數(shù)滿后就程序結(jié)束。圖5-36碼垛程序框架5.2.4碼垛程序編寫2、機器人程序設(shè)計（2）主程序設(shè)計

PROCMain()rInitAll;WHILETRUEDOIFdiBoxInPos1=1ANDdiPalletInPos1=1ANDbPalletFull1=FALSETHENpPickH1:=Offs(pPick1,0,0,400);pPlaceH1:=Offs(rPosition11(nCount1),0,0,400);IFpPickH1.trans.z<=pPlaceH1.trans.zTHENpPickH1.trans.z:=pPlaceH1.trans.z;ELSEpPlaceH1.trans.z:=pPickH1.trans.z;ENDIFrPick1;rPlace1;ENDIFWaitTime0.1;ENDWHILEENDPROC5.2.4碼垛程序編寫3、初始化子程序設(shè)計首先復(fù)位吸盤信號，讀取機器人當(dāng)前位置，并回到初始位置等待，同時復(fù)位托盤和碼垛計數(shù)。PROCrInitAll()ResetdoGrip;pActualPos:=CRobT(\tool:=tGrip);pActualPos.trans.z:=pHome.trans.z;MoveLpActualPos,MinSpeed,fine,tGrip\WObj:=wobj0;MoveJpHome,MidSpeed,fine,tGrip\WObj:=wobj0;bPalletFull1:=FALSE;nCount1:=1;ENDPROC5.2.4碼垛程序編寫4、抓取子程序設(shè)計在傳送帶工件坐標(biāo)系中建立抓取子程序rpick1，子程序功能為機器人手爪移動至抓取點上方400mm處，等待工件到位，然后移動至抓取點，打開真空，移動至抓取點，抓取工件加載載荷數(shù)據(jù)，再移動至抓取點上方400mm處。PROCrPick1()MoveJpPickH1,MaxSpeed,z50,tGrip\WObj:=wobj0;MoveLpPick1,MinSpeed,fine,tGrip\WObj:=wobj0;SetdoGrip;WaitTime0.3;GripLoadLoadFull;MoveLpPickH1,MinSpeed,z50,tGrip\WObj:=wobj0;ENDPROC5.2.4碼垛程序編寫5、放置子程序利用功能程序程序rPosition11計算放置位置點，移動至放置位置點上方400mm后低速移動至放置位置點，關(guān)閉真空，清空載荷，放置工件后延時0.3秒后回到位置點上方400mm處。PROCrPlace1()MoveJpPlaceH1,MidSpeed,z50,tGrip\WObj:=wobj0;MoveLrPosition11(nCount1),MinSpeed,fine,tGrip\WObj:=wobj0;ResetdoGrip;WaitTime0.3;GripLoadLoadEmpty;MoveLpPlaceH1,MidSpeed,z50,tGrip\WObj:=wobj0;MoveJpPickH1,MaxSpeed,z50,tGrip\WObj:=wobj0;nCount1:=nCount1+1;IFnCount1>10THENbPalletFull1:=TRUE;ENDIFENDPROC5.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧在碼垛過程中，最為關(guān)注的是每一個運行周期節(jié)拍。在碼垛程序中，通?？梢栽僖韵聨讉€方面進(jìn)行節(jié)拍的優(yōu)化。1.在機器人運行軌跡過程中，經(jīng)常會有一些中間過渡點，即在該位置機器人不會具體觸發(fā)事件，例如拾取正上方位置點、放置正上方位置點、繞開障礙物而設(shè)置的一些位置點，在運動至這些位置點時應(yīng)將轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置得相應(yīng)大一些，這樣可以減少機器人在轉(zhuǎn)角時的速度衰減，同時也可使機器人運行軌跡更加圓滑。5.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧例如：在拾取放置動作過程中（圖5-37），機器人在拾取和放置之前需要先移動至其正上方處，之后豎直上下對工件進(jìn)行拾取放置動作。程序如下：MoveJpPrePick，vEmptyMax，z50，tGripper；MoveJpPick，vEmptyMin，fine，tGripper；SetdoGripper；……MoveJpPrePlace，vLoadMax，z50，tGripper；MoveJpPlace，vLoadMin，fine，tGripper；ReSetdoGripper；……圖5-37節(jié)拍優(yōu)化15.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧在機器人TCP運動至pPrePick和pPrePlace點位的運動指令中寫入轉(zhuǎn)彎半徑z50，這樣機器人可在此兩點處以半徑為50mm的軌跡圓滑過渡，速度衰減較小。在滿足軌跡要求的前提下，轉(zhuǎn)彎半徑越大，運動軌跡越圓滑。但在pPick和pPlace點位處需要置位夾具動作，所以一般情況下使用fine，即完全到達(dá)該目標(biāo)點處再置位夾具。2.善于運用Trigg觸發(fā)指令，即要求機器人在準(zhǔn)確的位置觸發(fā)事件，例如真空夾具的提前開真空、釋放真空，帶鉤爪夾具對應(yīng)鉤爪的控制均可采用觸發(fā)指令，這樣能夠在保證機器人速度不衰減的情況下在準(zhǔn)確的位置觸發(fā)相應(yīng)的事件。5.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧例如：在真空吸盤式夾具對產(chǎn)品進(jìn)行拾取過程中，一般情況下，拾取前需要提前打開真空，這樣可以減少拾取過程的時間，在此案例中，機器人需要在拾取位置前20mm處將真空完全打開，夾具動作延時時間0.1S，如圖5-38所示。程序如下：VARtriggdataVacuumOpen；……MoveJpPrePick，vEmptyMax，z50，tGripper；TriggEquipVacuumOpen，20，0.1\DOp：=doVacuumOpen，1；TriggLpPick，vEmptyMin，VacuumOpen，fine，tGripper；……圖5-38節(jié)拍優(yōu)化25.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧3.程序中盡量少使用Waittime固定等待時間指令，可在夾具上面添設(shè)反饋信號，利用WaitDI指令，當(dāng)?shù)却綏l件滿足則立即執(zhí)行。例如：在夾取產(chǎn)品時，一般預(yù)留夾具動作時間，設(shè)置等待時間過長則降低節(jié)拍，過短則可能夾具未運動到位。若用固定的等待時間Waittime，則不容易控制，也可能增加節(jié)拍。此時若利用WaitDI監(jiān)控夾具到位反饋信號，則可便于對夾具動作的監(jiān)控及控制。5.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧在有些碼垛程序中：MoveJpPick，vEmptyMin，fine，tGripper；SetdoGripper；（Waittime0.3）WaitDIdiGripClose，1；……MoveJpPlace，vLoadMin，fine，tGripper；ReSetdoGripper；（Waittime0.3）WaitDIdiGripOpen，1；……5.2.5碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧在置位夾具動作時，若沒有夾具動作到位信號diGripOpen和diGripClose，則需要強制預(yù)留夾具動作時間0.3S。這樣既不容易對夾具進(jìn)行控制，也容易浪費時間，所以建議在夾具端配置動作到位檢測開關(guān)，之后利用WaitDI指令監(jiān)控夾具動作到位信號。4.在某些運行軌跡中，機器人的運行速度設(shè)置過大則容易觸發(fā)過載報警。在整體滿足機器人載荷能力要求的前提下，此種情況多是由于未正確設(shè)置夾具重量和重心偏移，以及產(chǎn)品重量和重心偏移所致。此時需要重新設(shè)置該項數(shù)據(jù)，若夾具或產(chǎn)品形狀復(fù)雜，可調(diào)用例行程序LoadIdentify，讓機器人自動測算重量和重心偏移；同時也可利用AccSet指令來修改機器人的加速度，在易觸發(fā)過載報警的軌跡之前利用此指令降低加速度，過后再將加速度加大。5.2.5