基于RobotStudio仿真軟件的ABB工業機器人運動軌跡程序的設計*

楊怡婷 梅燦華 于世楠

(1.天津濱海職業學院,天津 300451;2.淮南職業技術學院,安徽淮南 232001;3.天津濱海職業學院,天津 300451)

0 引言

工業機器人是集機械工程、微電子技術、自動控制、自動檢測技術、AI人工智能等多種先進技術于一體的自動化設備[1]。ABB工業機器人作為四大家族之一,在搬運、碼垛、焊接、裝配、分揀、檢測等方面應用相當廣泛。

RobotStudio是ABB機器人公司的一款離線編程與仿真的應用程序,軟件使用圖形化編程、編輯、調試系統來操作機器人,并能夠模擬優化現有的機器人程序。它既是仿真軟件,又是編程軟件;既可以進行碰撞監測,又可以自動生成路徑;既可以創建工作站模擬真實場景,還可以與真實的機器人通信實現在線作業[2]。

1 設計任務描述

本設計是要求在RobotStudio仿真軟件中新建一個虛擬工作站,導入相應的機器人、工具和工件,再創建其工件坐標與軌跡程序,最后仿真運行機器人并錄制視頻[3]。

2 建立工作站的方法

第一步要導入機器人:首先要在RobotStudio軟件中新建一個工作站:命名為“workstation1”;然后導入機器人,方法是:基本→ABB模型庫→IRB120→確定。

第二步要導入工具,方法是:基本→導入模型庫→設備→training Objects→my tool,單擊左側“布局”→選中my tool,按住左鍵,向上拖至IRB120→選擇“是”這樣工具即安裝在機器人六軸的法蘭盤上。

第三步是導入工件:這里我們需要導入2個工件,一個操作臺和一個工件。首先導入操作臺,方法是:基本→導入模型庫→設備→propeller table;再選中左側“布局”中的IRB120→右鍵→顯示機器人工作區域;最后選中布局中的table→在Freehand工具欄中選定“大地坐標”→點擊“←→”移動→按箭頭移動table的位置。然后再導入操作對象-工件,方法是:基本→導入模型庫→設備→curve thing。

接著利用兩點法將工件擺放在table上,方法是:單擊左側“布局”→選中curve thing→右鍵→位置→放置→兩點,選擇上方的“捕捉工具”→選中“選擇部件”和“捕捉末端”,再單擊“主點一從”第一個坐標框→對齊工件和table的兩點→單擊應用即可。

第四步建立機器人系統,方法是:基本→機器人系統→從布局→修改名稱位置后→下一個→完成。這樣,一個完整的工業機器人系統就初步創建好了,如圖1所示。

3 創建工業機器人工件坐標

這里創建工件坐標的方法不是利用虛擬示教器來操作的,而是使用選項卡里的工具來進行的。方法步驟如下:(1)在“基本”選項卡里選擇“其他”,再選擇“創建工件坐標”;(2)修改左側工件坐標名稱為“wobj1”,選“用戶坐標框架”中的“取點創建框架”→下拉菜單→三點;(3)在上方的捕捉工具中單擊“選擇表面”“捕捉末端”;(4)將鼠標選中“X軸的第一點”的第一個坐標,再將鼠標指向table的第一個點、第二個點、第三個點,同時可以觀察到三點坐標值的變化, 然后單擊“accept”→“創建”,此時可以拉近“table”觀察到新創建的X-Y-Z坐標系;同時還單擊左側的“路徑與目標點”,即可看到工件坐標中新增的wobj1,如圖1所示為三點法創建的機器人工件坐標。

圖1 三點法創建機器人工件坐標Fig.1 Three-point method to create robot workpiece coordinates

4 創建工業機器人運動軌跡程序

當我們建立好工具坐標和工件坐標之后,就可以控制機器人帶著末端執行器的工具在指定的工件上進行運動軌跡的程序設計,本設計是要求工業機器人沿著工件propeller table的4條邊行走一圈,最后回到終點。

4.1 創建程序的方法

首先在“基本”選項卡里找到“路徑”,選擇空路徑,即生成空路徑“path_10”;

接下來就要開始走運動軌跡了:

(1)先確定第一個起始點:通過指令“MoveJ*,v100,fine,Mytool,wobj1”,MoveJ是機器人的關節運動指令,對路徑的精度已全部是很高,也不要求路徑是一條直線[4]。再選擇上方“Freehand”中的“手動關節”,變換關節位姿,將機器人工具拖至合適的位置,作為起點,最后單擊上方的“示教指令”,即生成第一個軌跡路徑。

(2)第二個點,即table第一個角點:選擇上方“Freehand”中的“手動線性”,將機器人工具拖至第一個角點,移動過程中可縮放、3D旋轉調整,最后單擊“示教指令”即生成第二個軌跡路徑。

(3)第三個點,即table的第二個角點:沿著table做直線運動,需將下方的指令切換為“MoveL*,v100,fine,Mytool,wobj1”, MoveL是機器人的線性運動指令,它要求從起點到終點的路徑必須為一條直線。再拖動機器人至第二角點,單擊“示教指令”即生成第二個軌跡路徑。

(4)同理,示教table第三、四角點,再由第四角點返回至第一角點,生成第四、五、六個軌跡路徑。

(5)最后,將機器人從第一個角點,拖回至終點,此時指令要切換為“MoveJ*,v100,fine,Mytool,wobj1”,單擊“示教指令”生成第七個路徑。

(6)右鍵單擊左側“path_10”→“自動配置”→“所有移動指令”,對新建的運動軌跡進行系統配置,如果軌跡存在錯誤,這里會有提示。

(7)最后右鍵單擊“path_10”→“沿著路徑運動”,就可以觀察生成的軌跡運動。

4.2 操作注意事項

(1)進行手動線性操作時,如果關節接近極限而無法拖動時,可以通過單軸運動適當調整機器人的姿態。

(2)在整個示教過程中,若機器人無法到達工件,也可以調整工件的位置。

(3)在整個示教過程中,由于RobotStudio軟件是二維的操作界面,所以為了保證定位的準確性,要不斷地調整視角進行觀察[5],如圖2所示。

圖2 生成的機器人運動軌跡Fig.2 Generated robot trajectory

4.3 仿真運行機器人及錄制視頻

RobotStudio軟件中內置了視頻錄制的功能,使用視頻錄制功能可以直接將機器人仿真運行動畫錄制成MP4格式的視頻文件,用戶只要在任意一臺安裝有MP4格式文件解碼軟件的電腦或者移動設備上,都可以查看機器人仿真運行效果[6]。操作步驟為:基本→同步→同步到RAPID,在對話框將“工作坐標”“工具坐標”“路徑”均勾選上→確定,單擊上方“仿真”→仿真設定→單擊機器人T_ROB1→進入點選中剛才新建的“path_10→關閉”,這時單擊“播放”即可觀看仿真結果;選擇文件菜單→選項→屏幕錄像機→更改文件位置及文件名稱,最后在仿真選項里選擇“仿真錄像”→播放,就可以查看保存的視頻文件了。

5 結語

本設計是以仿真軟件RobotStudio為基礎,在建立的虛擬工作站中導入ABB機器人、工具和工件,創建其工件坐標與運動軌跡程序,并進行仿真運行和視頻的錄制,詳細介紹了RS軟件的知識和技能操作,有效利用了RS軟件平臺,模擬真實場景,提高工作效率。