“工業機器人技術應用”賽項定制涂膠技術分析

張渤海 劉卓 荊紅偉

摘? 要：該文通過對全國職業院校技能大賽中職組“工業機器人技術應用”賽項研究學習，主要聚焦研究該賽項中定制涂膠工藝的實現方法。中職組“工業機器人技術應用”賽項自2017年開辦以來，涂膠一直是該賽項的必考考點，且難度日益增大，對參賽選手的編程考察能力要求也愈來愈高。該文主要提供一種編程思路，讓選手能夠在短時間內編制并調試程序，并更好地服務大賽，服務學生。

關鍵詞：中職；工業機器人技術應用；涂膠工藝；編程方法；PLC網絡通信

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-000６-0４

Abstract： This paper focuses on the implementation methods of customized glue coating process in the "Industrial Robot Technology Application" eventin National Competition for Skills of Vocational Education. Since its inception in 2017， the "Industrial Robot Technology Application" competition in the secondary vocational school has always been a mandatory test point for glue coating， and the difficulty is increasing. The requirements for the programming and testing abilities of participants are also increasing. This paper mainly provides a programming approach that allows players to write and debug programs in a short period of time， and better serve the competition and students.

Keywords： secondary vocational school; application of industrial robot technology; glue coating process; programming method; PLC network communication

全國職業院校技能大賽中職組“工業機器人技術應用”競賽綜合考核了工業機器人的維護、涂膠、碼垛、分揀、裝配和多設備間通信等多方面知識，能夠促進工業機器人編程、調試、現場維護等工作崗位的高素質技術技能人才培養，是培養機器人相關專業技術創新人才的重要手段。隨著新一輪科技革命和產業變革的深入發展，工業機器人的應用場景越來越多，范圍越來越廣，對技術技能人才的要求越來越高，競賽的難度也越來越大。本研究針對該賽項中的重點考核內容“涂膠軌跡”模塊進行分析優化，提出一種利用ABB機器人解決復雜軌跡的編程方法，目的在于提高技能大賽集訓學生的工作效率和技能水平，從而進一步提高學生的專業能力。

1本文研究工作介紹

近年來全國職業院校技能大賽（以下簡稱“國賽”）中職組“工業機器人技術應用”賽項對參賽選手在機器人編程邏輯思維方面的考核難度逐漸增大，根據賽題工作流程的編程方法已經難以適應現在比賽要求。本文以2022年國賽任務書中第二賽程的重點考察模塊“產品外殼定制涂膠”為例，分析如何用面向對象的編程思路來快速解決競賽中復雜的編程邏輯問題。

產品外殼定制涂膠模塊可分為“D軌跡”和“符合軌跡”兩部分涂膠軌跡，涂膠軌跡主要點位信息如圖1所示；觸摸屏上的人機交互界面設計要求如圖2所示；定制涂膠工藝參數見表1。

2? 機器人與PLC網絡通信

如圖2所示，PLC需要將觸摸屏界面上的設置的起始點、停留點、特殊段起點和終點等信息傳送給機器人，簡單的I/O點位通信顯然難以滿足該項目的通信要求。由于賽事提供的機器人均添加了選配的系統選項功能616-1 PC Interface，且西門子S7-200 Smart PLC和機器人都有自帶網口，因此可以利用機器人的自帶網口（X6口）與PLC通過網線進行Socket通信。通信時需設置機器人與PLC的IP地址在同一個網段內，在機器人的控制面板中設置機器人的IP地址如圖3所示，PLC的IP地址如圖4所示，PLC的通信連接程序如圖5所示，機器人的通信程序如下。

3? 基礎軌跡實現

從表1可知，D軌跡涂膠和復合軌跡涂膠包含了D軌跡、B軌跡和C軌跡，每條軌跡均有若干個關鍵軌跡點，這些軌跡點將各軌跡區分為一段段的更小的軌跡段（基礎軌跡段），在用觸摸屏選擇軌跡起點、終點、軌跡方向等參數時，實際上是將這些關鍵軌跡點分開的基礎軌跡段組合連接，從而生成符合要求的軌跡。由于現場示教編程在軌跡編程時需要示教多個軌跡點，且對于一些軌跡曲線不容易編程實現，因此一般對于復雜的軌跡編程，采用大賽要求的離線編程軟件PQArt進行軌跡編程。關鍵軌跡點形成的基礎軌跡見表2。

4? D軌跡實現方法分析

D軌跡工藝要求，以D1點為起始點，D7點為結束點，在停留點，停留并計時，進入特殊軌跡段時，按照設定模式對特殊段處理，按照設定軌跡層數完成D軌跡涂膠。從圖1中可知，D軌跡實際上是由D1-D2軌跡（Glue_D1），D2-D3軌跡（Glue_D2）、D3-D4軌跡（Glue_D3）、D4-D5軌跡（Glue_D4）、D5-D6軌跡（Glue_D5）和D6-D7（Glue_D6）共6條軌跡連接構成的，普通軌跡段和特殊軌跡段均可以利用這6條軌跡中的1條或多條連續的軌跡組合而成；由于每段軌跡的結束點即下段軌跡的起始點，軌跡的循環程序號等于該段軌跡的起始點的變量值，因此可以利用CallByVar指令通過變量，循環調用Glue_D1至Glue_D7無返回值程序，具體算法流程如下。

此算法流程采用面向對象的問題解決思路，利用問題遞歸的解決辦法，軌跡連續執行過程中循環改變起始點的變量值來啟動下一條軌跡程序。當起始點的變量值等于給定的結束點時，跳出循環完成整個軌跡運行，方便快捷地解決了連續軌跡中設定隨機起始點、終止點、停留點的問題。

5? 復合軌跡實現方法分析

復合軌跡涂膠包含B軌跡和C軌跡2條軌跡，根據表1可知，軌跡順序的設置其實就是B軌跡和C軌跡相對于D軌跡而言增加了涂膠方向的選擇，順時針（編號從小到大）或逆時針（編號從大到小），軌跡順序的具體算法流程如下。

定制B軌跡所需要的程序段見表3，對比程序循環變量號與軌跡點對應值的關系可以發現，順時針軌跡程序循環變量號等于軌跡點對應值，逆時針程序循環變量號等于總軌跡點數加1再減去軌跡點對應的值，B軌跡循環程序如下。

在運行復合軌跡的過程中，還涉及“清理”和“吹膠”功能，如圖2觸摸屏界面所示。當在軌跡運行過程中隨機按下觸摸屏上的“清理”按鈕，機器人更換吸盤工具，利用小吸盤吹氣功能對未完成的B、C軌跡進行吹氣清理；運行過程中，若隨機按下“吹膠”按鈕，機器人更換吸盤工具，利用小吸盤吹氣功能對已完成B、C軌跡進行干燥吹膠；吹膠或清理完成后，機器人更換涂膠工具完成剩余的軌跡涂膠。

要完成“清理”或“吹膠”功能，就需要在每執行一段軌跡端程序后檢查是否有“清理”或“吹膠”信號；若有“清理”按鈕信號，則需要更換吸盤工具對未完成軌跡進行吹氣，未完成的軌跡實際上就是以原軌跡運行過程中的下一段軌跡起點為起點，以觸摸屏設定的軌跡終點為終點的軌跡。同理，當有“吹膠”信號時，需要更換吸盤工具對已完成軌跡進行吹氣，已完成的軌跡實際上就是以觸摸屏設定的軌跡起點為起點，以原軌跡運行過程中的下一段軌跡起點為終點的軌跡。“吹膠”或“清理”完成后，“吹膠”或“清理”信號結束，機器人更換回涂膠工具繼續沿原軌跡完成剩余部分的涂膠任務。

6? 結束語

產品外殼定制涂膠作為中職組“工業機器人技術應用”賽項必考考點，考查難度較大，若按照常規的順序編程方法難以實現。文章對考查內容整體分析，采取面向對象的編程思路，簡化了程序編寫，同時更容易理清編程邏輯，并提供了部分經過驗證的程序。本文中分析思路和解決方案以及對應的部分程序，對同類的復雜涂膠問題有積極的借鑒意義，同時也提高了技能訓練的效率，為培養高技術、高素質的機器人應用復合型人才提供了技術保障。

參考文獻：

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