工業機器人軟按鍵的開發和應用*

王健強 童育華 孫純哲

（①合肥工業大學，安徽合肥 230009；②巨一自動化裝備有限公司，安徽合肥 230051）

工業機器人軟按鍵的開發和應用*

王健強①②童育華①孫純哲②

（①合肥工業大學，安徽合肥 230009；②巨一自動化裝備有限公司，安徽合肥 230051）

基于KUKA工業機器人的開發軟件UserTech，研究了一種創建軟按鍵的方法，應用于白車身機器人自動化焊裝線中，并闡述了軟按鍵控制設備的過程。用軟按鍵代替傳統的硬件，降低了設備的成本，提高了焊裝線整線控制的柔性，節約了現場空間，方便了對設備的維護。

工業機器人 白車身機器人焊裝線 UserTech 軟按鍵

隨著制造業的高速發展，工業機器人已成為其中不可缺少的核心裝備。機器人的應用可大大提高生產設備的自動化水平，從而提高勞動生產率及企業的產品質量，提高企業的整體競爭力。目前，在含有機器人的自動化生產線中，對設備的控制都是采用在現場安裝控制柜，并在控制柜上安裝各種控制按鈕，或者在生產線線體的觸摸屏中設定軟按鍵的方法來達到控制目的。這些方法耗費了大量額外的硬件和人力成本，由于位置固定，操作人員操作時不能完全看清楚現場狀況，降低了勞動效率，增加了設備維護的難度。本文從KUKA工業機器人開發軟件UserTech著手，在機器人示教器上創建軟按鍵，將現場需要控制的信號集中到機器人示教器的軟按鍵上，在機器人程序里定義控制變量，然后將變量與機器人的軟按鍵相對應，實現現場邏輯控制，在實際的生產線中取得了良好效果。

1 KRL語言及軟按鍵創建方法

1.1 KRL語言

KRL［1］（KUKA Robot Language）是一種高度開放的語言，為了用戶使用方便，并根據機器人應用的不同場合，KUKA機器人公司開發了一些機器人通用的工藝包，例如點焊包、弧焊包、涂膠包等，同時它也集成了用戶開發新功能的技術包UserTech。UserTech是一種面向對象的技術包，用戶只要使用描述性的KRL語言就能創建新的功能。軟按鍵就是使用這種功能開發的新的應用實例。

在KRL語言中，常用的一些語言格式如下：

（1）程序的定義語句

DEFTP Name...：定義程序的開始。

ENDTP：指定程序的結束。

（2）對象聲明語句

DECL STATKEYBAR：定義一組狀態按鍵。

DECL STATKEY：定義一個狀態按鍵。

SET：給一個或一組狀態按鍵分配新的功能。

（3）腳本的定義語句

DEFSCRIPT ...：定義腳本的開始。

ENDSCRIPT：定義腳本的結束。

CASE，

CASE ELSE：在 SWITCH...ENDSWITCH 控制結構中定義一個分支。

DO：執行腳本。

MESSAGE：在機器人示教器的消息框里顯示消息。

SETVAR：將一個變量寫入系統內部的KRL變量中。

SHOWVAR：讀取一個變量。

SWITCH...：指定一個控制結構的開始。

ENDSWITCH：指定一個控制結構的結束。

（4）創建一個新的狀態按鍵

DECL STATKEY Name=

｛＜TOPTEXT［］String，＞

按鍵頂部文字

＜CENTERTEXT［］String，＞

按鍵中心文字

＜BOTTOMTEXT［］String，＞

按鍵底部文字

＜PICTURE［］String，＞

按鍵圖標所在的文件位置

＜NEED_MODEOP Int，＞

按鍵使能時機器人所處的操作模式

（5）創建一個新的狀態按鍵組

DECL STATKEYBAR Name=

｛＜STATKEY［1］Name，＞

＜STATKEY［2］Name，＞

＜STATKEY［3］Name，＞

＜STATKEY［4］Name ＞｝

Name是狀態按鍵的名稱

1.2 軟按鍵創建方法

在UserTech技術包中，首先需要創建一個后綴為kfd的文件，以備機器人運行時調用。軟按鍵的定義都是在此文件中，其創建方法如圖1。

圖1中，“寫入菜單”用于將創建的軟按鍵組寫入操作界面的菜單中，以便使用其功能時調用。在編寫程序時，采用由下至上的模式，首先考慮需要創建的軟按鍵數量，根據其數量定義程序中“狀態按鍵組”的數量；然后在定義的每組狀態按鍵中定義單個“狀態按鍵”，并且給每個按鍵編寫“對應事件”，以賦予相關的功能；最后通過編寫“腳本程序”，將軟按鍵顯示在操作界面中，并把程序中定義的相關操作信息顯示在“消息窗口”中?！坝脩糇远x”用于在程序的開頭定義整個程序中所使用的變量。

2 軟按鍵在白車身焊裝線中的應用

圖2所示為國內某大型汽車廠某車型白車身機器人焊裝線的一個點焊工作站，機器人軟按鍵已成功應用于此工作站中。工作站中有4臺機器人，整條焊裝線實現全自動運行。以圖2中的機器人為例，在調試及實際生產過程中需要控制的變量有機器人的啟動（START）、停止（STOP）以及錯誤消息的復位（RESET）。為了節省車間的空間，擴大機器人的工作范圍，防止機器人與白車身運動時的碰撞，為機器人設計了氣動滑臺，因此要控制機器人在滑臺上的前進（Go ahead），后退（Go back），以及機器人運動到位后的鎖緊和松開（Lock and Unlock）。在焊接過程中，焊槍需要修磨，換電極帽等，因此還要控制焊槍的修磨（TIP DRESS），更換電極帽（CHANGE TIP），更換完成（CHANGE FINISH）等信號。以上信號用軟按鍵來控制大大提高了工作效率，節省了成本。

3 軟按鍵的創建實例剖析

要實現以上信號的控制功能，傳統的做法是設計一個控制柜，在控制柜的面板上安裝很多按鈕，并通過硬線的方式連接到PLC上，通過PLC來控制設備。如圖3所示，這種做法增加了成本，降低了生產效率。

本文將通過在圖4所示的軟按鍵創建區創建軟按鍵的方法來實現。結合圖1所示的創建軟按鍵的流程圖，具體創建步驟如下：

（1）在軟件平臺上創建調用軟按鍵組的菜單

如圖4所示的軟件平臺，要在軟按鍵設置區創建軟按鍵，首先要在軟件平臺上創建調用軟按鍵組的菜單按鍵。KUKA機器人程序里專門有用于創建菜單的按鍵，在機器人配置文件MenueKeyUser中定義調用軟按鍵組的菜單，在SOFTKEYS和MOVE中添加以下內容：

其中：FunctionButton為創建的軟按鍵菜單名稱；KREISLER為調用的軟按鍵文件；KREISLER_BAR是在KREISLER文件中創建的軟按鍵組；mDISPSET是一個中間變量；MENU#mTechstatuskeys指定了菜單位于statuskeys子菜單目錄下；1說明菜單位于從上到下的第二個位置。其結果Function Button如圖5所示。

（2）軟按鍵程序的創建

首先建立菜單中所調用的軟按鍵文件 kreisler.kfd，然后在此文件中編寫程序。在定義單個軟按鍵時，都是通過功能和模式的組合來定義的，其過程如圖6所示。

通過指定的功能調用每個模式，然后在每個模式中調用每個按鍵的事件，完成單個軟按鍵的定義。具體過程如下：

根據現場需要控制的量定義功能鍵的組數。

本例中在每個模式下定義了四個按鍵，即四組功能鍵，前三組KEY_FUNCTION用于設置所需的變量。START、Go ahead和TIP DRESS屬于第一組功能KEY_FUNCTION1；RESET、Lock and Unlock 和 CHAGE TIP屬于第二組功能KEY_FUNCTION2；STOP、Go ahead和CHAGE FINISH屬于第三組功能KEY_FUNCTION3。而定義的最后一組功能按鍵 FUNC1、FUNC2和FUNC3屬于KEY_BUTTON_MOD，用于模式的切換功能。

②根據變量的數量定義模式的組數

本例中有9個變量，前面定義了3組功能，因此需要定義3組模式才能滿足9個變量。定義START、RESET、STOP和FUNC1為一個START UP模式。圖3中所示通過模式和功能找到單個按鍵，并對其定義，如在START UP模式下。定義START按鍵方式如下：

③編寫按鍵按下和彈起狀態的腳本

每個按鍵都有按下和彈起的狀態，每種狀態對應了一個獨立事件。因此，需要為每個按鍵編寫按下和彈起事件的腳本。以START按鍵為例，初始狀態為FALSE，當按鍵被按下事件發生時執行以下腳本：

START按鍵設置其中間變量名為USER_BUTTON1，以上語句的功能是USER_BUTTON1=TURE，并且USER_BUTTON1與配置文件中定義的按鍵名稱相同。同理，當按鍵被釋放時，執行如下腳本：

即實現USER_BUTTON1=FALSE功能。

其余軟按鍵的創建與此相同。最終所有軟按鍵的結果如圖7所示，在機器人示教器中的結果如圖8所示。

4 軟按鍵的工作原理

在車間現場操作時，只需要按下相關的按鍵即可執行相應的動作，實現了軟按鍵的功能。在機器人程序里軟按鍵控制設備的過程如圖9。

當人工按下軟按鍵時，所創建的軟按鍵的中間變量由定義的初始狀態變成另一種對立狀態。如在程序里定義的軟按鍵的默認狀態USER_BUTTON=FALSE，按下之后USER_BUTTON=TURE。然后通過SPS文件將中間變量賦值給輸出中間變量。如定義的輸出中間變量O_BUTTON=USER_BUTTON。機器人程序里含有IO模塊，在機器人的配置文件$config中，定義了每個按鍵信號所對應的輸出口。如SIGNAL O_BUTTON$OUT［n］，n是機器人的輸出口。通過機器人的IO口將輸出中間變量狀態輸出，然后通過現場總線連接到現場PLC，最后到達控制設備。

機器人開機后，SPS［2］程序就在后臺自動運行，因此可以實時將中間變量傳遞給輸出中間變量。中間變量、輸出中間變量、機器人IO口都在$config配置文件［3］中定義。中間變量的名稱與軟按鍵文件中定義的軟按鍵的名稱相同，最終實現了軟按鍵控制設備的功能。

5 結語

本文基于KUKA機器人的開發軟件UserTech，介紹了機器人軟按鍵開發的語言KRL以及創建軟按鍵的方法。結合機器人在汽車白車身焊裝線中的應用，闡述了軟按鍵代替傳統硬件接線的優勢，并詳細介紹了創建軟按鍵的方法以及軟按鍵在實際的生產線中控制設備的過程。軟按鍵的使用為企業節約了成本，節省了生產線現場空間，并且增加了系統的柔性和可靠性。本文提出的這種軟按鍵的創建方法和工程應用案例，經過了實踐的考驗，可靠性很高，使用效果良好，具有很強的借鑒意義。

［1］KRC2/KR C3 User Tech 2.2 .KUKA Roboter GmbH

［2］KRC2/KR C3 Expert Programming KUKA System Software（KSS）Release 5.1 BETA .KUKA Roboter GmbH

［3］KRC2/KR C3 Configuration KUKA System Software（KSS）Release 5.1 BETA.KUKA Roboter GmbH

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Development and Application of Industrial Robot Soft Key

WANG Jianqiang①②，TONG Yuhua①，SUN Chunzhe②
（ Hefei University of Technology，Hefei 230009，CHN；②JEE Automation Equipment Co.，Ltd.，Hefei 230051，CHN）

A way of creating soft key has been studied which has been used in BIW（Body In White）robot automation welding line，and the process of controlling the devices by soft key has been expounded based on the KUKA robot software UserTech.Applying the soft key to replace the traditional hardware can reduce the cost of equipments，improve the flexibility of whole welding line，save the plant room and make the maintenance and servicing conveniently.

Industrial Robot；BIW Robot Welding Line；UserTech；Soft Key

TP242.2

A

* 安徽省重大科技攻關項目（項目編號：07010201011）

王健強，男，1964年生，博士，教授，主要研究方向：先進制造技術，智能機器人系統控制等。

p

2009－11－26）

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