1、任务六 搬运工作站安装与调试 本工作站以对各种形状的铝件搬运为例,利用IRB 120搭载真空吸盘夹具配合搬运工作站套件,实现圆形、正方形、六边形等铝件零件的定点搬运。本工作站中还通过RobotStudio软件预置了动作效果,在此基础上实现I/O配置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试,最终完成整个搬运工作站的定点搬运程序的编写。通过本章学习,使大家掌握工业机器人搬运程序的编写技巧。搬运工作站布局如图6-1所示。图6-1搬运工作站布局工作站有两块底板座,均采用不锈钢制造且分别由四组不同形状和编号的工件组成,有圆形、正方形、六边形等。搬运模块由两块图块固定板和多形状物料(正方形、圆形、六边形
2、、椭圆形)组成。机器人通过吸盘夹具依次将一个物料板上摆放好的多种形状物料拾取并搬运到另一个物料板上;可对机器人点对点搬运进行练习,且搬运的物料形状和角度的不同,加大了机器人点到点示教时的角度、姿态等调整难度。可对机器人OFFS偏移指令以及机器人重定位姿态进行学习。1)基本指令Set、Reset、WaitTime的应用。2)搬运吸盘工具坐标的创建。3)搬运运行程序的编写。4)搬运工作站调试。Set,将数字输出信号置为1。例如:将数字输出信号Do1置为1。Reset,将数字输出信号置为0。例如:将数字输出信号Do1置为0。WaitTime,等待指定时间秒数。例如:程序运行到此处暂时停止0.8s后继
3、续执行。1.工作站硬件配置(1)安装工作站套件准备1)打开模块存放柜,找到搬运套件,采用内六角扳手拆卸搬运套件。2)把套件放至钳工桌桌面,并选择对应的吸盘夹具、夹具与机器人的连接法兰、安装螺钉(若干)、真空发生器、十字螺钉旋具。3)选择合适型号的十字螺钉旋具,把搬运套件从套件托盘上拆除下来。1)选择合适的螺钉,把搬运套件安装至机器人操作对象承载平台的合理位置(可任意选择安装位置和方向)上。2)夹具安装:首先把夹具与机器人的连接法兰安装至机器人六轴法兰盘上,然后再把吸盘夹具安装至连接法兰上,如图6-2所示。图6-2夹具安装(2)工作站安装(3)夹具的电路及气路安装1)把吸盘夹具弹簧气管与机器人四
4、轴集成气路接口连接。2)把真空发生器、机器人一轴集成气路接口、电磁阀之间用合适的气管连接好,并用扎带固定,如图6-3所示。图6-3夹具气路安装3)把电磁阀的电路与集成信号接线端子盒正确连接,如图6-4所示。图6-4吸盘手抓夹具电磁阀接线图注:PLC控制柜内的配线已经完成,接线端子盒YA08端子已连接至机器人I/O板DSQC 652的DO16通道。因此,在PLC控制柜面板模式选择开关选择“演示模式”时,由机器人输出信号DO16控制吸盘夹具动作。而面板模式选择开关选择“实训模式”时,则需在PLC控制柜面板上采用安全连线对工作台夹具执行信号YA08与机器人输出信号DO16进行连接后,机器人输出信号D
5、O16才能控制吸盘夹具动作。(4)工艺要求1)在进行搬运轨迹示教时,吸盘夹具姿态保持与工件表面平行。2)机器人运行轨迹要求平缓流畅,放置工件时要求平缓准确。2.工作站仿真系统配置(1)解压并初始化双击工作站打包文件“06_banyun.rspag”,如图6-5所示。工作站解包流程参照任务五,完成后,单击“完成”按钮即可。进行仿真运行,如图6-6所示,即可查看该工业机器人工作站的运行情况。图6-5工作站打包文件图6-6轨迹工作站仿真运行在仿真过程中,机器人利用真空吸盘将右托盘上的圆形、正方形、六边形等铝件定点搬运到左托盘上,演示采用真空吸盘夹具对不同物料进行点对点的搬运训练。接下来初始化机器人,
6、将机器人恢复为出厂设置。之后,在此工作站基础上依次完成I/O配置、创建工具数据、创建工件坐标系数据、创建载荷数据、程序模板导入、示教目标点等操作,最终将机器人工作站复原至之前可正常运行的状态。在初始化之前,先做好机器人系统的备份,本例中演示利用Robot-studio软件来实现机器人系统的备份,在“控制器”菜单中可进行备份,备份过程如图6-7和图6-8所示。图6-7创建备份图6-8备份路径的设定备份名称建议不要用中文字符,此处将原有“备份”改成拼音。完成备份后,在“控制器”菜单中可执行“I-启动”,初始化机器人,等待机器人重新启动,完成机器人初始化操作。完成备份后,在示教器首页选择“重新启动”
7、“高级”“重置系统”“重置系统”后等待机器人重新启动,完成机器人初始化操作,流程参照任务五。(2)标准I/O板配置将控制器界面语言改为中文并将运行模式转换为手动,之后依次单击“ABB菜单”“控制面板”“配置”,进入“I/O主题”,配置I/O信号。本工作站采用标配的ABB标准I/O板,型号为DSQC 652(16个数字输入,16个数字输出),则需要在DeviceNet Device中设置此I/O单元的相关参数,并在Signal中配置具体的I/O信号参数,具体见表6-1和表6-2。在此工作站中,配置了四个数字输出,用于相关动作的控制。表6-1Unit单元参数表6-2I/O信号参数(3)创建工具数据
8、此工作站中,工具部件包含吸盘工具。创建工具坐标的一般方法在任务四中已经介绍过,本搬运工作站使用的吸盘工具部件较为规整,可以直接测量出工具中心点(TCP)在tool0坐标系中的数值,然后通过“编辑”下拉菜单下的“更改值”选项来修改吸盘工具坐标的“trans”值来设定,如图6-9所示。新建的吸盘工具坐标系只是相对于tool0来说沿着其Z轴正方向偏移63mm,沿着其X轴正方向偏移83mm,新建吸盘工具坐标系的方向沿用tool0方向,如图6-10所示。图6-9修改“trans”值图6-10机器人的工具坐标系在示教器中,编辑工具数据,确认各项数值,具体见表6-3。(4)创建工件坐标系数据在本工作站中,因
9、搬运点较少,故此处未设定工件坐标系,而是采用系统默认的初始工件坐标系Wobj0(此工作站的Wobj0与机器人基坐标系重合)。表6-3工具坐标系数据表6-3工具坐标系数据(5)创建载荷数据在本工作站中,因搬运物件较轻,故无须重新设定载荷数据。(6)程序模板导入I/O配置完成后,将程序模板导入该机器人系统中,在示教器的程序编辑器中可进行程序模块的加载,依次单击“ABB菜单”“程序编辑器”,若出现加载程序提示框,则暂时单击“取消”按钮,之后可在程序模块界面中进行加载方法参照任务五。浏览至前面所创建的备份文件夹,选择“MainModule.mod”,再单击“确定”按钮,完成程序模板的导入。3.程序编写
10、与调试(1)工艺要求1)在进行搬运轨迹示教时,吸盘夹具姿态保持与工件表面平行。2)机器人运行轨迹要求平缓流畅,放置工件时要求平缓准确。(2)程序编写搬运工作站机器人通过吸盘夹具依次将正方形、圆形、六边形、椭圆形共16个物料由一个物料板搬运到另一个物料板上,该工作站的控制流程图如图6-11所示。图6-11搬运工作站的控制流程图程序由主程序、初始化子程序、抓取子程序和码放子程序组成,变量r1、r2、r3、r4分别用来对四种物料的搬运次数进行计数,同时r1兼有计量总数的功能,用于判断16个工件搬运是否完成。主程序用于整个流程的控制,程序代码如下所示。初始化子程序除了要完成在基础工作站中机器人返回原点
11、的功能,还需要对输出信号及计数变量进行复位,代码如下所示。抓取子程序和码放子程序中,变量r1、r2、r3、r4分别用来对正方形、椭圆形、六边形、圆形这四种物料的搬运次数进行计数,r1兼有计量总数并控制抓取、码放哪种物料的作用,r1在03之间抓取、码放正方形物料,在47之间抓取、码放椭圆形物料、在811之间抓取、码放六边形物料,在1215之间抓取、码放圆形物料。当r1大于15时,物料搬运完成。抓取程序(部分)代码如下所示。图6-12通过“程序编辑器”窗口打开所需调试的程序4.示教目标点在完成坐标系的标定后,需要示教基准目标点。在此工作站中,因为对正方形、椭圆形、六边形、圆形等工件进行点对点搬运,
12、每种工件的基本搬运点都有两个,所以总的示教的点数较多。本工作站不设置专门用于示教基准目标点的程序,直接利用主程序进行相关点的示教,其示教手动过程如图6-12图6-15所示。通过利用手动步进的方式,使机器人依据程序逐条完成相关动作,并通过手动线性及单轴操作实现示教点位置的更改。完成示教基准点后,将工作站复位,单击仿真播放按钮,查看工作站的运行状态(参照项目五中的操作),查看运行状态是否正常,若正常则保存该工作站。图6-13将程序执行点移至目标位置上图6-14通过播放功能键实现程序的前后执行图6-15通过手动操作功能实现相关点的修正1.TPWrite(写屏指令)通过写屏指令TPWrite实现将当前
13、机器人运行状态输出到示教器界面。例如:假设上一次循环时间nCycleTime为5s,则示教器上的显示内容为:应用举例:执行结果:运行该指令,示教器屏幕上会出现数值输入键盘,假设人工输入10,则对应的reg1被赋值为10。3.TPReadFK(屏幕上显示不同选项供用户选择指令)指令作用:支持最多5个选项供用户选择。应用举例:2.TPReadNum(示教器端人工输入数值指令)指令作用:通过键盘输入的方式对指定变量进行赋值。图6-16选择指令应用执行结果:运行该指令,示教器屏幕上的显示效果如图6-16所示。若人工选择“Yes”,则对应reg1 被赋值为选项的编号“4”;则后续可以根据reg1 的不同
14、数值执行不同的指令。4.TPErase(清屏指令)运行该指令,则示教器屏幕上的显示将全部清空。1)练习搬运常用的I/O配置。2)练习搬运目标点示教的操作。3)总结搬运程序调试的详细过程。任务七 机床上下料工作站安装与调试 本工作站以机床上下料加工为例,利用IRB 120搭载双工位自定心卡盘配合机床上下料工作站套件,实现模拟机床加工上料过程、加工过程、立体库码放过程。本工作站中还通过RobotStudio软件预置了动作效果,在此基础上实现I/O配置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试,最终完成整个机床上下料工作站的模拟机床上料、加工、存料程序的编写。通过本任务学习,使读者掌握工业机器人在机
15、床上下料工作站应用的编程技巧。工作时,落料机构上,推料气缸伸出顶住落料槽上方物料,推料气缸进行伸出,把物料推出落料口。当落料口光电传感器检测到物料后,机器人运动至落料口对工件进行抓取,准备进行模拟机床上料工作。待机器人运动至左侧自定心卡盘后,机器人对PLC进行信号反馈,PLC控制自定心卡盘夹紧,模拟机床加工上料过程,同时落料机构继续供料,机器人再次对工件进行抓取搬运,等待左侧自定心卡盘模拟加工结束后,先进行机床下料操作,再对未加工的工件进行上料操作。同时,把加工完成的工件再搬运至右侧卡盘上进行模拟多工序的机床上下料过程。待加工结束后,机器人把加工完成的工件搬运至立体库进行码放。机床上下料工作站
16、的布局如图7-1所示。图7-1机床上下料工作站布局 机床上下料工装套件采用铝合金及铝型材构建,由落料机构、检料平台、立体库、模拟机床气动卡盘、机器人双爪夹具等组成。可通过PLC程序控制落料机构进行工件毛坯供料。待检测平台下方光电开关检测到有供料工件推出时,机器人手抓移至检料平台对待加工工件进行抓取至模拟机床气动自定心卡盘,进行上下料工作,加工完成后放至立体库,进行零件入库工作。该套件引入机器人典型的上下料工作任务,可对机器人系统、PLC控制系统、传感器、气缸等集成控制进行学习,同时该套件采用双爪夹具,在上料的同时进行下料工作,提高了工作效率,保证加工的工作节拍。在机器人方面,可训练机器人的姿态
17、调整;有干涉区的轨迹示教注意事项;工具坐标的建立;机器人编程中的变量、可变量、条件判断、偏移、等指令的学习。1)基本指令SpeedData、VelSet、AccSet、MoveAbsj的应用。2)上下料夹爪工具坐标的创建。3)机床上下料运行程序的编写。4)机床上下料工作站的调试。SpeedData:速度数据,例如:第1 个参数为v_tcp:机器人线性运行速度,单位为mm/s。第2 个参数为v_ori:机器人重定位速度,单位为/s。第3 个参数为v_leax:外轴线性移动速度,单位为mm/s。第4 个参数为v_reax:外轴关节旋转速度,单位为/s。在机器人运行过程中,无外轴情况下,速度数据中的
18、前两个参数起作用,并且两者相互制约,保证机器人TCP移动至目标位置时,TCP的姿态也恰好旋转到位,所以在调整速度数据时,需要同时考虑两个参数。每条运动指令中都需要指定速度数据,也可以通过速度指令对整体运行进行速度设置。第1 个参数:速度百分比,针对各运动指令中的速度数据。第2 个参数:线速度最高限值,不能超过2000mm/s。VelSet:速度设置指令,例如:此条指令执行后,机器人所有的运动指令均会受其影响,直至下一条VelSet 指令执行。此速度设置与示教器端速度百分比设置相互叠加。例如,示教器端机器人运行速度百分比为50,VelSet 设置的百分比为50,则机器人实际运行速度为两者的叠加,
19、即25%。AccSet:加速度设置指令,例如:第1 个参数:加速度最大值百分比。第2 个参数:加速度坡度值。机器人加速度默认为最大值,最大坡度值,通过AccSet可以减小加速度。上述两个参数对加速度的影响可参考图7-2。图7-2AccSet的图示说明该指令是将机器人各关节运行至0位置。MoveAbsj:绝对运动指令,将机器人各关节轴运动至给定位置。例如:1.工作站硬件配置(1)安装工作站套件准备1)打开模块存放柜找到模拟机床上下料套件,采用内六角扳手拆卸上下料套件。2)把模拟机床上下料套件放至钳工桌桌面,并选择胶枪夹具、胶枪夹具与机器人的连接法兰、安装螺钉(若干)。3)选择合适型号的内六角扳手
20、把上下料套件从套件托盘上拆除。图7-3工具安装(2)工作站安装1)选择合适的螺钉,把上下料套件安装至机器人操作对象承载平台的合理位置(安装位置及方向可自由定义)。2)上下料夹具安装:首先把双爪夹具与机器人的连接法兰安装至机器人六轴法兰盘上,然后再把双爪夹具安装至连接法兰上,如图7-3所示。(3)工作站执行气缸与夹具的气路安装1)把双手爪夹具的弹簧气管与机器人四轴集成气路接口连接。2)把机器人一轴集成气路接口与电磁阀之间用合适的气管连接好,并用扎带固定。3)根据工作站I/O表把工作站中对应的执行气缸的气路,按I/O表符号所示接到对应的电磁阀上,并用扎带固定。(4)上下料工作站I/O信号电路连接P
21、LC控制柜内的配线已经完成,更换不同工作站套件时只需根据工作站的I/O信号配置,对处于机器人操作对象承载平台侧面的集成信号接线端子盒进行接线即可。上下料工作站I/O表见表7-1。表7-1上下料工作站I/O表表7-1上下料工作站I/O表注:PLC控制柜内的配线已经完成,接线端子盒SC01SC08对应PLC电控柜内X07X16、YA01YA08对应PLC电控内Y15Y22;YA08端子已连接至机器人I/O板DSQC652的DO16通道,YA07端子已连接至机器人I/O板DSQC 652的DO15通道。根据上下料工作站I/O表,把工作站传感器及电磁阀的电路与集成信号接线端子盒正确连接,如图7-4所示
22、。图7-4机床上下料工作站接线图(5)工艺要求1)在进行搬运时,机器人运行轨迹要求平缓流畅。2)为提高工作效率,保证加工的工作节拍,机器人配备了双爪夹具,要求在上料的同时能进行下料操作。3)在搬运过程中,对可能产生干涉的区域,需要进行机器人的姿态调整。2.工作站仿真系统配置(1)解压并初始化任务七任务十三中工作站解压、初始化及备份过程参考任务五和任务六。(2)标准I/O板配置将控制器界面语言改为中文并将运行模式转换为手动,然后依次单击“ABB菜单”“控制面板”“配置”,进入“I/O主题”,配置I/O信号。本工作站采用标配的ABB标准I/O板,型号为DSQC 652(16个数字输入,16个数字输
23、出),则需要在DeviceNet Device中设置此I/O单元的Unit相关参数,并在Signal中配置具体的I/O信号参数,配置见表7-2和表7-3。在此工作站中,配置了一个数字输入信号和四个数字输出用于相关动作的控制。表7-2Unit单元参数表7-3I/O信号参数(3)创建工具数据此工作站中,工具部件包含有两个夹具,都是由气缸组成的机构,用于夹持工件。此工具部件为规整性机构,有两种方法可以对其进行工具坐标数据的建立,分别是:第一种直接测量出相关数据进行创建,并通过实际应用进行修正,得出最终坐标数据;第二种是利用三维软件设计出实际工具模型并导入到RobotStudio软件中,利用软件中的工
24、具坐标自动获取。图7-5所示为利用软件自动生成工具坐标系。其最终工具数据参数及数值见表7-4。图7-5机器人的工具坐标系表7-4工具数据参数及数值表7-4工具数据参数及数值(4)创建工件坐标系数据在本工作站中,因上下料点较少,故此处未设定工件坐标系,而是采用系统默认的初始工件坐标系Wobj0(此工作站的Wobj0与机器人基坐标系重合)。(5)创建载荷数据在本工作站中,因上下料工件和工具夹具较轻,故无须设定载荷数据。(6)程序模板导入完成以上步骤后,将程序模板导入该机器人系统中,在示教器的程序编辑器中可进行程序模块的加载,依次单击“ABB菜单”“程序编辑器”,对程序进行加载流程参考任务五。浏览至
25、前面所创建的备份文件夹,选择“MainModule.mod”,再单击“确定”按钮,完成程序模板的导入。3.程序编写与调试(1)工艺要求 在进行搬运时,机器人运行轨迹要求平缓流畅。在上料的同时能进行下料工作,提高了工作效率,保证加工的工作节拍。在搬运过程中,对可能产生干涉的区域,需要进行机器人的姿态调整。(2)程序编写机床上下料工作站的控制流程图如图7-6所示。程序由1个主程序和9个子程序组成,子程序主要包含初始化、拾取工件1、拾取工件2等。本项目中,初始化部分除了机器人回原位、输出信号复位等常规动作外,还加入了速度设置和加速度设置。另外,由于采用了双手爪,因此设置了Gripper_1_1和Gr
26、ipper_2_1共两个工具坐标,在编程过程中,要注意,不要混乱。图7-6机床上下料工作站的控制流程图主程序如下所示:初始化子程序如下所示:4.示教目标点完成坐标系标定后,需要示教基准目标点。在此工作站中,需要示教原位pHome、拾取工件点pPick1、pPick2、pPickOk1、关节点G1等。由于示教的点数较多,因此本工作站不设置专门用于示教基准目标点的程序,直接利用主程序进行相关点的示教,这里只对程序中前半部分相关点的示教进行演示,其他示教点参照此方法进行示教。其示教手动过程如图7-7图7-12所示。图7-7示教目标点程序图7-8pHome点的示教位置示教目标点时,需要注意,手动操作画
27、面当前使用的工具和工件坐标系要与指令里面的参考工具和工件坐标系保持一致,否则会出现“选择的工具、工件错误”等警告。手动状态下,将主程序逐步运行到pHome、pPick1、pPick2、pPickOk1、关节点G1等位置后选择“修改位置”,将当前位置存储到对应的位置数据存储器里,即完成相关点的示教任务。完成示教基准点后,将工作站复位,单击仿真播放按钮,查看工作站运行状态,若正常则保存该工作站。图7-9pPick1点的示教位置图7-10关节点G1的示教位置图7-11pPick3点的示教位置图7-12pPlaceWait点的示教位置1.CASE应用的扩展在CASE中,若在多种条件下执行同一操作,则可
28、合并在同一CASE中,例如:在实际应用中,可以将I/O信号进行别名处理,即将I/O信号与信号数据做关联,在程序应用过程中直接对信号数据做处理。例如:在实际应用过程中,I/O信号别名处理常见的应用如下:2.I/O信号别名操作1)将通用程序模板应用到各类项目中,由于各个工作站中的I/O信号名称不一致,故在程序模板中将程序中的信号数据与该项目中机器人的实际I/O信号做别名关联,这样无须再更改程序中关于信号的语句。2)真实的I/O信号不能用作数组使用,可以将I/O信号进行别名处理后,将对应别名信号数据定义为数组类型,这样便于相关程序的编写。例如:则在程序中可以直接对信号数据diInPos进行数组处理。1)练习机床上下料常用的I/O配置。2)练习机床上下料目标点示教操作。3)总结机床上下料程序调试的详细过程。
