基于FANUC數控系統的機器人自動上下料應用研究

王慧東

摘要：針對微小企業采用機器人給數控機床上下料的需求，使用數控系統作為主控單元，利用FANUC數控系統及內置的PMC將工業機器人上下料過程定義為宏程序，通過調用該宏程序實現加工過程中機器人自動上下料。該方案省去了自動化生產單元的上位機，降低了成本，編程簡單，簡化了操作過程，降低了對工人的技術要求。

關鍵詞：工業機器人;FANUC;宏程序

中圖分類號：TG659;TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0053-02

0? 引言

為適應產品的個性化需求，小批量的生產模式已成為主流。產品的頻繁更換，帶來大量的零件編程加工任務。再加上機器人上下料過程控制，使得整個程序的編制工作繁冗復雜，還得反復調試。這給企業的員工帶來不小的麻煩。如果能把機器人上下料過程定義為宏程序，在編制加工程序時，當需要機器人上下料時，調用定義好的宏程序，就可以完成機器人自動上下料。不同的產品，只需要修改機器人抓取的位置數據。這樣就可以簡化機器人上下料編程操作過程，降低了對工人的技術要求，對機器人的應用推廣具有重要的意義。

1? 機器人柔性制造單元組成

該柔性制造單元由一臺數控車削中心、一臺工業機器人、一套貨架、兩套氣動抓手組成。為了實現防護門自動開關，加裝一套氣動系統，控制防護門開關。

2? 機器人上下料控制程序設計

在機器人上下料過程中，數控車削中心和機器人分別在各自的控制系統下工作，上下料信號在機器人、PMC、數控系統三者之間傳遞。要保證加工時機器人能夠即時響應上下料請求，準確無誤的完成上下料工作，必須要解決數控系統與機器人之間的通信問題。使用數控系統作為主控單元，可以解決這個問題。數控系統除了可以執行一般的編程指令外，還可以使用“接口輸入/輸出變量”進行編程，用宏程序指令對這些變量進行賦值、運算等處理，在宏程序中“讀取”和“改變”系統的輸入、輸出狀態，從而可以實現車削中心與機器人的通信。

整個上下料過程的控制是由數控系統的上下料宏程序、PMC程序以及機器人程序相互配合來完成的。防護門的打開和關閉以及卡盤的松開和夾緊由PMC程序來控制;刀架的移動由上下料宏程序完成;機器人抓取工件、上下料移動是由機器人程序完成的。在最終的零件加工程序中，機器人上下料指令按照數控編程標準編制，使用M指令啟動上下料宏程序。

2.1 宏程序設計

為了避免機器人手臂與刀架碰撞，刀架需要移動到安全位置。在上下料宏程序中，刀架的移動指令與普通零件程序中的軸移動指令完全相同。對于機床的各種動作，也是由該上下料宏程序向PMC程序發出自定義的輔助功能來實現。上下料宏程序啟動后，機器人上下料過程由該程序控制。

2.1.1 M代碼定義

2.1.2 接口信號定義（加入變量說明）

機器人完成指定工作后，給予數控系統相應的反饋信號。本宏程序使用三個輸入接口變量，#1013、#1014、#1015，通過讀取它們的狀態，可以在程序中直接獲得系統的外部輸入信號，從而可以接收機器人的反饋信號。

2.1.3 系統參數設定

想要在加工程序中通過M指令調用宏程序，可通過事先在參數No.6071～No.6079中設定一個用來調用宏指令的M代碼，即可調用宏程序。設定參數P6079=6，使用M6調用O9009宏程序。

2.1.4 上下料宏程序設計

O9009

N1 #1=#4003;? ? ? ?保存之前的模態信息

N2 M09;? ? ? ? ? ? 關閉冷卻液，避免將冷卻液噴濺到機器人上

N3 G90 G00X-5，Z-5;? ?刀架移動到安全位置

N4 M51;? ? ? ? ? ?打開防護門

N5 M53;? ? ? ? ? ?下料使能信號，發出下料請求，等待機器人下料

N6 IF[#1015 EQ 1]goto 8;機器人手抓夾緊已加工好的工件，則準備松開卡盤

N7 IF[#1015 NE 1]goto 6;機器人手抓未夾緊到位，則繼續等待。

N8 M71;? ? ? ? ? ?松開液壓卡盤

N9 M54;? ? ? ? ? ?發出換料控制信號，將已加工好的工件取下，換上待加工工件

N10 IF[#1014 EQ 1]goto 12;機器人手抓夾持工件移動到卡盤夾緊位置，則關閉卡盤

N11 IF[#1014 NE 1]goto 10;機器人手抓夾持工件未移動到位，則繼續等待。

N12 M70;? ? ? ? ? 關閉液壓卡盤

N13 M55;? ? ? ? ? 發出機器人退出控制請求信號

N14 IF[#1013EQ 1]goto 16;機器人退出機床，則關閉防護門

N15 IF[#1013 NE 1]goto 1;機器人未退出機床，則繼續等待。

N16 M52;? ? ? ? ? 關閉防護門

N17 G#1;? ? ? ? ? 恢復模態

N18 M99;? ? ? ? ? 程序結束

2.2 PMC程序設計

2.2.1 輸入輸出信號定義

為了處理PMC程序方便，所有外部輸入/輸出信號用虛擬地址代替，具體應用時根據機床實際輸入輸出地址分配。

2.2.2 M代碼譯碼程序

通過功能指令DECB進行M50～M57指令譯碼，控制內部繼電器線圈R7.1～R7，7。

2.2.3 防護門控制

防護門主要有手動和自動控制兩種方式。手動控制采用按鈕控制，采用二分頻控制PMC程序。自動控制采用M51（防護門）、M52（防護門）的M代碼控制。

2.2.4 上下料使能信號

2.2.5 機器人退出使能和機器人反饋信號采集

3? 結論

本文介紹了一種通過調用宏程序實現零件加工過程中機器人自動上下料的方法，并對上下料宏程序，PMC程序的編制過程進行了詳細說明。實踐表明，該方法具有使用方便、操作簡單的特點，可廣泛應用于機器人上下料系統。解決了機器人上下料的基本問題。對機器人的應用推廣具有重要意義。

參考文獻：

[1]鄭澤鈿，陳銀清，林文強，張火勇，邱勇.工業機器人上下料技術及數控車床加工技術組合應用研究[J].組合機床與自動化加工技術，2013（7）：105-109.

[2]劉艷華，何高清，祖晅. 柔性車削中心上下料機構設計和控制[J].組合機床與自動化加工技術，2012（7）：96-102.

[3]王世鵬，解艷彩，閆雪峰.柔性制造單元上下料機構的改進設計[J].組合機床與自動化加工技術，2011（6）：85-90.