工業機器人實訓課程的綜合實訓項目設計

摘要：在我國大力發展智能制造業的背景下，工業機器人技術應用是智能制造業核心專業技術。本文通過對工業機器人實訓課程的綜合實訓項目設計，以實現學生通過對實訓項目的學習，達到進一步提高PLC編程的能力，掌握機器人與PLC通信技術，熟練運用工業機器人的上機操作與編程技能的目標。

關鍵詞：PLC編程? 信號設定? 工業機器人編程? 工業機器人操作

在“中國制造 2025” 戰略目標下，我國正在大力投入研發人工智能、智能制造等先進理念的的核心制造技術，使得生產線自動化程度越來越高，產業不斷升級改造，向著制造業高、精、尖方向發展，以提升我國制造業在國際上的競爭力。工業機器人在智能制造發展上有著重要的核心作用，所以培養大量的掌握工業機器人技能的人才顯得尤為重要，關系到我們制造業升級改造成功與否。高職教育注重培養高技能人才，更需要學生擁有較強的動手能力，教學中的實訓項目是培養學生操作技能的重要手段。設計好的項目實訓對培養學生的技能起著重要作用。本文通過實訓項目設計，探討了如何培養學生在信號設置、PLC編程、機器人碼垛編程，生產線的設計與維護等方面的能力。

一、實訓項目分析

如下圖1所示：本項目主要有一臺ABB機器人，工件放置平臺（垛板），放料井道，傳輸帶，PLC可編程控制器等組成。要求物料在PLC程序控制下，先后有序的從兩個放料井道中間歇推出，由傳輸帶傳送到指定位置，然后機器人開始動作，把物料按某種規律分別在兩塊垛板上排列放置（如圖2所示）。

1、實訓項目目標

本項目根據職業崗位需求與課程標準設定，主要目標是培養學生綜合運用知識能力，動手操作能力。通過本項目學習，使得學生能熟練掌握機器人仿真軟件應用與機器人上機操作，掌握機器人搬運碼垛編程，PLC編程，掌握機器人與PLC之間的通信。

2、實訓項目內容

項目內容：（1）編寫PLC程序分別控制兩個放料井道推出物料，然后由傳送帶傳輸到傳送帶末端，等待機器人夾取物料，夾取后再推出物料傳送。（2）設置機器人與PLC的通信信號。（3）操作機器人尋找垛板放置物料的坐標點。（4）編寫機器人搬運碼垛程序，要求物料以3行*3列*3層放置如圖2所示。

3、實訓項目的要點與難點

項目的重點是掌握機器人的通信信號設置，機器人的搬運碼垛編程，機器人的上機操作。難點在于PLC程序編輯與工業機器人碼垛編程，需要用到循環語句編程。

二、機器人與PLC信號設定

在本項目中需要首先設置好機器人與PLC互相通信端口信號與機器人控制夾具的信號，然后再設置好PLC與傳輸裝置中的傳感器間的通信，包括檢查井道中是否有工件、工件從井道推出、傳輸帶運行、傳送是否到位、井道工件推出裝置復位、傳輸帶停止運行等信號。如下表所示。

三、PLC工作原理與程序編寫

在整個項目中PLC編程對學生來說難度較大，比較考驗學生的邏輯思維，需要詳細講解。程序編寫如下：

由上圖程序可知道（為了方便敘述，以1#傳送帶為例），編寫時候，先設開始開關X000控制計數器C2，C2并聯一個開關M1用來計算傳輸的物料數量，然后計數器串聯一個X016常開開關，當物料井道中有材料時候，井道中傳感器感應到材料，開關閉合，1#送料Y22啟動推出物料，1#電機啟動Y20運行傳輸物料到傳輸帶末端，接著傳輸帶末端傳感器感應到物料號，1#裝置常開開關X014閉合，同時開關X014與X001急停開關并聯以控制電機與傳送帶運行。這個時候設置PLC輸出信號Y006給機器人DI06，機器人接到信號后動作夾取傳送帶末端物料，物料被夾走后，傳感器感應到后X014下降沿開關會打開，打開瞬間輸出給計數器M1開關技術，M1閉合后，計數器計數，X016由于傳感器感應到井道中的物料已經閉合，開始下一個循環。如上圖所示，2#傳送帶原理一樣。

四、機器人工件定位操作

由于機器人夾取物料要加輔助夾具，需要定義工具坐標，包括通過四點法重新找到機器人的TCP點，設置好工具的質量與重心等參數。物料放置需要定義工件坐標系，方便后面碼垛編程，要注意工件坐標系要要符合右手定則，學生容易把Z軸方向搞反，造成機器人碰撞。

機器人分別把物料從1#、2#傳輸帶末端夾住放置在對應的1#、2#垛板上，需要操作機器人找到夾取點與放置點四個位置。分別是1#傳輸帶末端P10點，1#放料平臺P20點，2#傳輸帶末端P30點，2#放料平臺P40點。找點時候操作盡量精準定位，減少誤差。

五、機器人程序編寫

項目中如圖2放置規律所示，物料在碼垛盤上按照3行*3列*3層排列放置。程序如下所示，程序首先要等待PLC輸入信號DI6（機器人輸入端口DI6，與PLC輸出端Y6連接）輸入，機器人就可以開始動作在傳輸帶上夾物料。然后根據圖2所示的規律放置物料在碼垛盤上，則需要碼垛編程，如果尋找每個物料放置的位置，比較繁瑣，工作量大，也容易產生誤差，程序較為冗長。為了讓程序更加簡潔需要用到三個內嵌循環語句For指令，學生對這里理解上有點困難，要搞清楚For的循環應用原理。在編程過程中為了減少尋找位置點數量，可用到Offs偏置指令，減少位置點的誤差。

MODULE Module1

PROC main1（）

MoveJ [[-11.57，349.83，397.60]，[0.00639544，0.710829，-0.703216，0.0130026]，[1，-1，0，0]，[9E+09，9E+09，9E+09，9E+09，9E+09，9E+09]]，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitDI Di6，1;

FOR z FROM 0 TO 2 DO

FOR y FROM 0 TO 2 DO

FOR x FROM 0 TO 2 DO

MoveJ Offs（p10，0，0，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL p10，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Set D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p10，0，0，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p20，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL Offs（p20，x * 60，y * 80，z * 30），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Reset D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p20，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p30，0，0，150），v1000，z50，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL p30，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Set D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p30，0，0，150），v1000，z50，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p40，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL Offs（p40，x * 60，y * 80，z * 30），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Reset D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p40，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

ENDFOR

ENDFOR

ENDFOR

ENDPROC

六、結語

通過該綜合項目實訓設計，把PLC編程課程知識與工業機器人課程知識綜合應用。學生可以在PLC編程、信號通信、工業機器人編程等多方面技能得到訓練，掌握完整的自動化生產線的設計、調試、維護。項目注重技能培養，學生在完成項目實訓后，了解了PLC工作原理，PLC編程技術水平得到了進一步提升，能深入了解通信信號設定，機器人與PLC之間的通信，更熟練的掌握工業機器人的上機操作，也能更好點適應當下制造業智能化的要求，為以后的工作打下扎實的基礎。

參考文獻：

[1]張婧.工業機器人綜合實訓平臺的設計與應用[J].無線互聯科技，2020，9.

[2]李勇. 智能綜合實訓平臺的設計與應用[J]. 機電產品開發與創新，2021，7.

[3]陳小艷. 工業機器人現場編程[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

[3]朱洪雷. 工業機器人離線編程[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

作者簡介：趙少君（1979-）漢族，，講師 ，廣州工程技術職業學院，研究方向：數控技術。