基于KUKA工業機器人FOR循環指令應用的探討

楊曉華， 楊 旭

(成都工貿職業技術學院， 四川 成都 611731)

科學技術的發展可謂日新月異，各種信息技術的不斷發展進步，推動著社會生產的各個領域的進步，尤其是自動化技術的應用。在物流倉庫中貨車卸貨搬運及貨物碼垛入庫，運用伸縮系統進入貨車內部，解決貨車內部卸貨難題[1]。機器人的應用能夠替代人工作業適應各種惡劣環境,并且其操作精準性高,保證了生產的質量[2]。智能工程抓取的總體設計思路做成了一系列成本低、性價比高、實用性高的工業機器人[3]。隨著工業自動化技術水平的不斷提高,機器人具有高柔性、高效率與高精準性，使得機器人在不同的生產領域都得到了廣泛的應用[4]。碼垛搬運機器人由于它工作范圍大、動作靈活、結構緊湊、能抓取靠近機座的物體等特點，所以在醫藥、石化等領域的物料的碼垛、搬運當中廣泛應用[5]。在自動化物流生產線上,碼垛搬運機器人的出現大大節省了人力、物力，加快了生產速度，成為企業普遍引進的對象。大部分研究者只是對其結構、運動方案進行優化設計，而對機器人編程研究得較少。本文主要針對工業機器人編程進行分析探討。

1 問題提出

工業機器人碼垛搬運貨物時，使用示教的方法編寫程序，占用機器人的時間較長，勞動強度較大并且通用性較差，一旦貨物的擺放位置和形狀改變就需要重新示教。通過在教學過程中的經驗總結，可以利用高級編程循環指令進行程序優化。現在以搬運工作站，從庫里面把方塊抓出來，按照要求進行擺放來探討For循環指令的應用，如圖1所示。

圖1 搬運工作站

2 KUKA工業機器人高級編程指令(For)簡介

計數循環(For)的定義：For循環是一種可以通過規定重復次數執行一個或多個指令的控制結構。

2.1 循環指令格式

DECL INT counter； 定義counter變量為整數型

.......； 可以編寫相應的指令

For counter = 1 TO 3 Step 1； Step 1表示遞增計數(循環一次，計數增加1)

......； 循環內容

ENDFOR； 循環結束

2.2 循環指令的原理

(1)循環計數器的起始值要進行初始化：counter=1

(2)循環計數器在ENDFOR時會以步幅STEP遞增計數(當遞增為1時，可以省略不寫)。

(3)檢查進入循環的條件：計數變量小于等于指定的終值，循環又從FOR行開始循環計數，變量大于指定的終值結束循環，繼續運行ENDFOR行后面的程序。

3 4×4方塊擺放程序的設計

本文主要以教學用的搬運工作站，擺放4行4列方塊，兩方塊中心在X、Y方向距離為80 mm來探討For循環指令的應用，如圖2所示。

圖2 4×4擺放方塊

3.1 抓取方塊的程序

擺放的方塊從庫里面抓取的位置始終是不變的，可以把抓取方塊的路徑編寫在一個程序里面，作為子程序調用，本文程序編寫都基于工具坐標系Tool[10]：pick和基坐標系(工件坐標系)Base[10]：block，基坐標系定義沿工作臺橫向為Y(右正、左負)縱向為X(前正、后負)，上下為Z(向上為正、向下為負)，方塊在庫中位置，如圖1所示。

DEF pick ( )；程序名稱

N1：SPTP HOME Vel=100% DEFAULT；機器人HOME點

N2：SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10]pick Base[10]：block；避讓點(避讓點的多

少根據外圍設備情況進行示教取點，這里只取了一個避讓點)

N3：SPTP P2 Vel=0.2 m PDAT2 Tool[10]pick Base[10]：block；預抓取點

N4：SLIN P3 Vel=0.2 m CPDAT3 Tool[10]pick Base[10]：block；抓取點

N5：wait time=1； 等待1秒，確保抓取點的準確性

N6：PULSE 208 'jia' State=TRUE Time=1 sec；抓取動作信號

N7：SLIN P2 Vel=0.2 m CPDAT2 Tool[10]pick Base[10]: block； 返回預抓取點

N8：SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10]pick Base[10]: block；避讓點

N9：SPTP HOME Vel=100% DEFAULT；機器人HOME點

3.2 示教方法編寫4×4擺放方塊的程序

示教編程指由人工引導機器人末端執行器(安裝于機器人關節結構末端的夾持器、工具、焊槍、噴槍等)，或用示教盒(與控制系統相連接的一種手持裝置，用以對機器人進行編程或使之運動)完成程序的編制來使機器人完成預期的動作。下面采用示教編程完成4×4擺放方塊的程序編寫，由于程序過長，只列舉了第1個、第2個和第16個方塊的示教程序。

DEF displaying( )； 程序名稱

方塊一 N1:pick ( )； 調用抓取方塊程序

N2:SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10] Base[10]； 避讓點

N3:SPTP P2 Vel=100% PDAT2 Tool[10] Base[10]； 預釋放點

N4:SLIN P3 Vel=0.2 m CPDAT3 Tool[10] Base[10]；釋放點

N5:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點的準確性

N6:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動作信號

N7:SLIN P2 Vel=0.2 m CPDAT2 Tool[10] Base[10]； 返回預釋放點

N8:SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10] Base[10]； 避讓點

方塊二 N9:pick ( ) ； 調用抓取方塊程序

N10:SPTP P4 Vel=100% PDAT4 Tool[10] Base[10]； 避讓點

N11:SPTP P5 Vel=100% PDAT5 Tool[10] Base[10]； 預釋放點

N12:SLIN P6 Vel=0.2 m CPDAT6 Tool[10] Base[10]；釋放點

N13:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點的準確性

N14:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動作信號

N15:SLIN P5 Vel=0.2 m CPDAT5 Tool[10] Base[10]； 返回預釋放點

N16:SPTP P4 Vel=100% PDAT4 Tool[10] Base[10]； 避讓點

……

……

……

方塊16: NN: pick ( ) ；調用抓取方塊程序

NN:SPTP PX1Vel=100% PDATX1Tool[10] Base[10]； 避讓點

NN:SPTP PX2Vel=100% PDATX2Tool[10] Base[10]； 預釋放點

NN:SLIN PX3Vel=0.2 m CPDATX3Tool[10] Base[10]；釋放點

NN:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點的準確性

NN:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec；釋放動作信號

NN:SLIN PX2Vel=0.2 m CPDATX2Tool[10] Base[10]； 返回預釋放點

NN:SPTP PX1Vel=100% PDATX1Tool[10] Base[10]； 避讓點

從示教的程序來看需要搬運的貨物越多程序就越復雜，并且示教編程所花的時間也比較長，當貨物之間的位置、數量改變后又需要重新編程，程序通用性較差。

3.3 高級循環指令(For)優化4×4擺放方塊的程序

DEF displaying()； 程序名稱

N1：decl e6pos a[4,4]； 聲明數組變量用于存儲擺放方塊的位置

N2：decl int b，c； 聲明整數變量

N3：INI； 初始化

N4：b=0； 給變量賦值

N5：c=0； 給變量賦值

N6：for b=1 to 4； 從1開始循環到4終止(擺放的行數循環)

N7：for c=1 to 4； 從1開始循環到4終止(擺放的列數循環)

N8：a[b,c]=xp1； 把示教xp1的位置賦給a[b,c]數組，示教位置，如圖2所示

N9：a[b,c].x=a[b,c].x+80×(b-1)； 80表示兩個方塊中心在X方向的距離。

N10：a[b,c].y=a[b,c].y+80×(c-1)； 80表示兩個方塊中心在Y方向的距離。

N11：a[b,c].z=a[b,c].z+100； 數組a[b,c]位置坐標在z方向位置加100 mm

N12：endfor；結束y方向循環

N13：endfor；結束x方向循環

注釋：以上的For循環進行擺放位置計算并保存在數組中

N14：for b=1 to 4；從1開始循環到4終止(擺放的行數循環)

N15：for c=1 to 4；從1開始循環到4終止(擺放的列數循環)

N16： pick ( )；調用抓取子程序。

N17： sptp a[b,c]； 預釋放點(位置存儲在數組a[b,c]里面)

N18： slin_rel{z-100}； 釋放點(在數組a[b,c]位置上向z的負方向偏移100 mm)

N19： wait time=1；等待1秒，確保釋放點的準確性

N20： PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動作信號

N21： slin_rel{z+100}；返回預釋放點(在數組a[b,c]位置上向z的正方向偏移100 mm)

N22：endfor； 結束y方向循環

N23：endfor； 結束x方向循環

N24：End

注釋：以上的For循環完成方塊的擺放

4 結束語

此研究以KUKA工業機器人碼垛搬運作業為對象，應用For循環指令進行程序優化。通過對碼垛貨物程序中For循環次數和X、Y方向之間的距離進行修改，可實現不同行數列數貨物的碼垛搬運作業，減少示教編程占用機器人的大量時間，提高生產效率。應用For循環優化過的碼垛搬運程序具有模塊化、易懂、清楚明了、可讀性、通用性、良好的經濟效益等特點。該程序還可以延伸，增加一個For循環實現不同層數貨物的碼垛功能。