關于提升工業機器人運行效率的三點問題探究

陳子洋 楊夢寒 崔岳

摘要：在不斷推進“中國制造2025”的國家戰略過程中，大力發展智能制造產業是重中之重。工業機器人作為智能制造體系中的執行級機構，被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，是衡量一個國家創新能力和產業競爭力的重要標志，已成為全球新一輪科技和產業革命的重要切入點。在機器人的操作過程中，無論編程思路、示教定點等技術細節上都有很多方面可以提升。筆者根據平時的學習和工作積累，就工業機器人運行效率的提升，提出幾點探索。

關鍵詞：工業機器人、空間軌跡規劃、模塊化、安全點（HOME點）。

引言：隨著高新科技的不斷發展，工業機器人已是工業自動化中應用最多的產品之一。且工業機器人具有高穩定性、高效率、高精度、多環境適應性等特點，開始取代人工。工業機器人屬于密集行業，且對從業人員專業技術經驗和技能要求水平較高。從業人員普遍缺少能夠對不同生產線進行調試的能力，以及對工業機器人的運行空間進行軌跡劃，模塊化編寫程序等解決實際工藝的思路。

1? 基于工業機器人運動控制系統簡介

工業機器人的發展歷程

庫卡、ABB、安川、發那科是目前國際上主流的機器人“四大家族”。1973年，德國庫卡公司（KUKA）研發出第一臺產業機器人。1974年，瑞典通用電機公司（ABB公司的前身）開發出世界上第一臺全電力驅動、由微處理器控制的工業機器人。1977年，安川研發出日本首臺全電氣式產業用機器MOTOMAN。FANUC可追溯到最早大概1956年。

1.2我國工業機器人發展狀態

我國工業機器人技術起步較晚，但是相對發展的較快，突出增強自主創新能力這一條主線，使我國工業機器人快速進入了產業化階段。近些年我國機器人產飛速發展，我國在精密裝配機器人和多關節機器人等領域的研究逐漸縮小了與世界先進水平的差距，中國也在邁向制造大國，工業強國。

1.3 工業機器人未來發展趨勢

智能化時代的到來，工業機器人已在越來越多的領域得到了廣泛應用，從近幾年世界機器人推出的產品來看，視覺識別技術在機器人上的應用已經成為智能化方向的主流。今后可能會通過機器人AI算法使機器人采用多種傳感技術來提升工藝的復雜度，更好的提升生產線的自動化率。機器人末端卡具，很大一部分都更換成了方便的快換卡具，使機器人可完成的工藝更多。工業機器人技術正在向智能化和系統化的方向發展，主要為程序系統的模塊化、結構化、控制技術的智能化，不斷方便的編程語言和較好的空間軌跡規劃與防碰撞安全點。

1.4 基于工業機器人運動控制系統簡介

隨著科技的不斷發展，工業機器人已經進入到了工業自動化的各個行業，種類也很多例如焊接、噴涂、裝配、碼垛、雕刻等種類。原因是機器人有多運動自由度三個平移方向與機器三個平移方向的旋轉。有三種運動插補方式：直線、關節、圓弧插補三種方式，使用得當可使機器人運動姿態更加靈活美觀，還有許多相關指令還可以進行各種條件判斷。機器人運動控制最重要的莫過于機器人空間軌跡規劃與防碰撞安全點。

2? 關于工業機器人提升運行效率的編程設計

2.1基于工業機器人安全點運用

對于機器人安全點的運用，安全點通俗講就是機器人不會與外圍設備發生碰撞的點，最初的安全點我們稱之為HOME點。多安全點就是在各個設備旁邊再多示教一個安全點，也是為了保證絕對安全。這些多安全點可使機器運行更加安全，一般都會用到直線插補方式，回到HOME點的時候才會用到關節插補。

這是要放置工件的兩條程序，這是將0賦給位置寄存器PR[2]的Z方向數據清零。點P[3]在這里是必須放在P[2]前一句才可以和點P[2]同時進行偏移是因為要先經過防碰撞安全點后才可以放在目標點。同時多安全點的設計思路，也是機器人軌跡優化和模塊化編程的基礎。

2.2 基于工業機器空間軌跡規劃使用

對于空間軌跡規劃的使用，空間規劃對于優化程序極為重要，在優化過的軌跡里面應該學會巧妙地運動用關節插補與直線插補來進行優化?？纱蠓s減程序的編寫，如圖

這是取放件程序，前面兩個防碰撞安全點PTP（關節插補），之后就是偏移指令進行放件，注意在放工件是一定要用直線插補以防發生碰撞。

2.3?? 基于工業機器人模塊化編程

模塊化（代指封裝好的子程序）的編程，既能夠實現多安全點的設計思路，又能夠滿足空間軌跡規劃進行優化。模塊化的結構就是將一套完整的工藝組成某幾個部分將這幾個部分在串聯起來組成一套完整的流程，循環嵌套IF判斷執行子程序。其次就是將經常用到的HOME點設置成為全局變量，這樣在每個子程序之前都可以進行保護，每個子程序中也可以加上單獨屬于自己程序的局部變量安全點，以防止后期出現沖突，該點也不會在別的程序中執行。

模塊化的編程是將一對多變成一對一，每個都進行“封裝”，這些就是主程序里面進行跳轉執行的目標?；蛘邔⒅貜陀玫降闹噶钜病胺庋b”起來之后再去重復調用這些塊，既可以大大節省CPU循環掃描，提升響應時間，也可以大大降低出錯率，節約資源。

3? 結語

隨著科技的不斷創新，工業機器人的種類越來越多，適用行業也越來越多。工業機器人在工業自動化中的地位越來越重要，工業機器人體積相對龐大并且與要建立交互的設備也越來越多，所以在給機器人編程的時候，對于機器人的空間軌跡規劃的優化考慮及其多安全點的建立至關重要。不僅使機器人的安全性提高而且相對優化的路徑更能發揮出機器人的性能，從而為智能制造產業的效率提升和競爭力提高，做出基礎保障。

作者簡介：陳子洋（1999- ），男，河北省石家莊人?，F為河北岳勛環保設備有限公司員工。機器人，智能制造自動化專業工程師。2018年參加河北省工業機器人比賽。2019年9月、11月，分別獲得河北省智能制造一等獎、全國智能制造二等獎。

參考文獻：

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