基于ABB機器人實訓系統的機床上下料編程與調試

摘 要：目前，ABB機器人在機床上、下料工作中應用很廣泛。本文介紹的ABB機器人實訓系統，是虛擬的機器人本體，真實的機器人控制系統及示教器?；谠搶嵱栂到y的機床上、下料編程訓練，需先設定氣爪工具坐標，再創建上、下料任務程序，接著在程序中編寫上、下料指令程序并調試。這樣虛實結合的機器人實訓系統，可以完成工業機器人編程教學課程中，學生基本的技能訓練任務。該實訓系統使學生技能訓練的時間更長，技能訓練的安全性更高。

關鍵詞：ABB機器人；實訓系統；機床；上下料；編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.117

1 概述

搬運是工業機器人典型應用之一。除了倉庫（出、入庫）搬運，通常，碼垛（堆垛、卸垛）、機床上、下料等都是典型的搬運任務。在當前智能制造大背景下，ABB機器人在機床上、下料工作中有著廣泛的應用。

本文介紹的機床上、下料工作的編程與調試，是依托南京旭上數控技術有限公司開發的工業機器人教學實訓系統。該實訓系統主要由ABB示教器、控制系統、實訓系統（軟件）組成，其中，機器人本體是虛擬的（軟件），機器人示教器和控制系統是真實的（硬件）。

ABB機器人實訓系統，采用“虛實結合”的方式，學員通過操作真實示教器設備驅動軟件中的機器人運動，進行上、下料等工作場景訓練。學員通過機器人實訓系統的技能訓練，能更快適應ABB機器人編程調試等相關崗位的任務要求。

高校使用該機器人實訓系統，不僅可以減少高校實訓中心建設的資金與場地投入，也能增加學生動手操作時間，提升學生工業機器人編程、調試技能，還大大降低了學生在訓練過程中發生安全事故和造成人身危害的可能性。

2 機床上、下料任務分析及相關設置

本任務要求在實訓系統中，ABB機器人將工件毛壞從工作臺搬到機床卡盤位置并夾緊，實現上料。當工件加工完成后，ABB機器人再將工件從卡盤處取下，并搬到倉庫中（存放），完成下料。在示教編程前，應先在示教器中進行工具坐標系設定、程序創建等操作。

2.1 工具坐標系設定

工具坐標系是工業機器人編程需要使用的坐標系，工業機器人默認工具坐標系原點在法蘭中心點，當工業機器人末端連接不同工具，例如焊槍、氣爪、畫筆時，需要重新確定工具坐標系的原點。本任務以“三點法”設定氣爪工具坐標系原點為例。

2.1.1 創建工具坐標系

（1）單擊示教器左上角按鈕，彈出主菜單頁面；

（2）單擊按鈕，彈出“程序數據”頁面，雙擊“tooldata”；

（3）單擊“新建”，單擊“…”，輸入“shangxl”，單擊確定，再單擊確定，完成“shangxl” 工具坐標系創建。

2.1.2 確定工具坐標系位置

（1）單擊選中“shangxl”，單擊“編輯”，選擇“定義”，其中，方法：TCP（默認方向），點數：3；

（2）單擊選中點1，按住“使能鍵+搖桿”，移動氣爪末端至參考點位置，單擊“修改位置”，獲得工具坐標點1位置；

（3）單擊選中點2，按住“使能鍵+搖桿”，移動氣爪至安全位置，再改變氣爪末端姿態（與點1姿態差異較大），再移動氣爪末端至參考點位置，單擊“修改位置”，獲得工具坐標點2位置；

（4）用與（3）相似的方法，獲得工具坐標點3位置，完成氣爪工具坐標系原點設定。

2.2 上、下料程序創建

2.2.1 新建搬運程序

（1）單擊示教器左上角按鈕，彈出主菜單頁面；

（2）單擊按鈕，在“程序編輯器”頁面中，單擊“任務與程序”，單擊“文件”——“新建程序”，單擊右下角“…”輸入程序名為“banyun”，單擊確定，返回上一層頁面，再單擊確定，在T_ROB1（系統默認）任務下新建了一個名為“banyun”的程序。

2.2.2 新建模塊

（1）單擊“顯示模塊”，單擊“文件”——“新建模塊”，頁面跳出“添加新的模塊后，您將丟失程序指針。是否繼續？”，單擊“是”；

（2）單擊右側“ABC…”，輸入“shangxl” ，單擊確定，返回上一層頁面，再單擊確定，完成“shangxl”模塊創建。

2.2.3 新建例行程序

（1）單擊選中“shangxl”模塊，單擊“顯示模塊”， 再單擊“例行程序”；

（2）單擊“文件”——“新建例行程序”，單擊“ABC…”，輸入“shangliao”，單擊確定，返回上一層頁面，單擊確定，完成“shangliao（）”例行程序創建；

若再選中shangliao 程序，單擊“顯示例行程序”，則進入上料例行程序編輯頁面。

下料例行程序“xialiao”的創建與上料例行程序相似。上、下料例行程序都放在上下料模塊中。

3 機床上、下料編程與調試

在ABB機器人給機床上、下料工作中，進行編程時，要先獲取軟件中機器人各運動示教點，在各示教點之間，再根據工作具體要求，選擇不同的編程指令，設定不同的運動速度等。

3.1 機床上料

3.1.1 氣爪上料運動軌跡（圖1）

3.1.2 氣爪上料動作流程

點P[1]（機器人初始位置）點P[2]（氣爪水平位置）點P[3]（抓取工件位置）點P[4]（機床門口等待位置）點P[5]（放置工件附近位置）點P[6]（卡爪內放置工件位置）點P[4]（機器人退至機床門口等待位置）上料結束。

3.1.3 相關參數設定

在ABB機器人給機床上、下料（搬運）過程中，機器人使用氣爪抓取和放置工件，其中，“Reset do1”表示氣爪張開，“Set do1”表示氣爪閉合。機床使用卡爪夾緊和松開工件，其中，“Reset do2”表示卡爪張開，“Set do2”表示卡爪閉合。對于機床門的控制，其中，“Reset do3”表示機床門打開，“Set do3”表示機床門關閉。

3.1.4 機床上料指令程序編寫（表1）

3.2 機床下料

3.2.1 氣爪下料運動軌跡（圖2）

3.2.2 氣爪下料動作流程

點P[4]（機床門口等待位置）點P[5]（放置工件附近位置）點P[6]卡爪內放置工件位置）點P[5]（帶工件退至放置工件附近位置）點P[4]（帶工件退至機床門口等待位置）點P[7]（帶工件移至倉庫入口）點P[8]（倉庫內放置工件位置）點P[2]（氣爪水平位置）下料結束。

3.2.3 機床下料指令程序編寫（表2）

3.3 上、下料程序調試運行

上、下料程序編寫完成后，要進行調試運行。以上料程序為例，程序調試運行步驟如下：

（1）在上料例行程序編輯頁面下方單擊“調試”，單擊“PP移至例行程序”，在新頁面中，選擇“shangl程序”，單擊右下方確定；

（2）按住底部“使能鍵”，再按下示教器正面“開始鍵”，程序從PROC shangl（）開始自動往下運行，直至結束；如果需要，可以按“停止鍵”，結束自動運行；

（3）如果需要手動修改某一條或者幾條指令，可以按“單步前進”或“單步后退”，移動光標到需要的位置進行修改。

（4）再次運行修改后的程序，直至正確。

4 小結

ABB機器人實訓系統主要用于高等院校學生的技能訓練和教師的科研開發，該實訓系統適合編程零基礎的學員，通過訓練，學員能掌握ABB機器人常用指令、基本示教編程、調試運行等內容。在課程教學中，學員先在實訓系統中進行坐標系設定、程序創建、程序編制、仿真運行等基本技能練習。達到較熟練的程度后，可以將在實訓系統中編寫的程序，導入真實機器人設備中，進行正確性驗證和進一步提高性技能訓練，這樣能有效提升學員的應用技能。

參考文獻：

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[2]葉暉等.工業機器人工程應用虛擬仿真教程[M].機械工業出版社，2017.

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[4]黃晨華，毛桂生.上下料工業機器人結構設計及仿真研究[J].機械設計與制造，2013（03）：162-164.

本課題是江蘇省現代教育技術研究2017年度?？?高等職業技術院校立項課題，編號：58798。

作者簡介：吳芬（1977-），女，江蘇宜興人，碩士研究生，講師，研究方向：工業機器人、SolidWorks三維設計。