淺談工業機器人在“智能制造”項目中的調試技巧

曾兆奎

（海南省技師學院，海南 海口 571199）

1.通過優化程序提高調試效率

在整個項目中，工業機器人的運行程序通常會有二十至三十條不等，甚至更多。在短時間內完成所有程序的錄入，對工業機器人運維人員是一個很大的考驗，而且，編輯程序會占用大量的時間，不僅考驗運維人員的記憶能力，增加錄入難度，同時，復雜的程序也增加了故障和事故的發生概率和后期故障排除的難度。因此，在保證項目正常實施的前提下，合理地簡化程序，解決以上難題，具體操作大致有以下幾方面：

在有陣列位置常量的情況下，比如料倉和工具架，位置常量多達數十個，逐個示教會占用大量的時間，嚴重降低調試效率。所以，應結合PLC的I/O信號，如行號、列號或者具體的倉位號，根據實際工況編輯陣列公式，既能精簡程序，又能節省示教的時間；

合理規劃工業機器人的運行路徑，減少不必要的過渡位置常量，不僅可以簡化程序，還能減少轉折點的頓挫，工業機器人在運行中也更加平順穩定；

在整個程序項目（模塊）中，盡量共用位置常量，例如，在第七軸（軌道）位置常量的選擇上，工具架、車床、料庫的取、送料位置可以共用一個位于第七軸（軌道）的位置常量、機械零點和準備點（安全點）等等。共用位置常量，既簡化程序和路徑，又便于記憶，也能縮短運行周期，從而提高生產效率。

簡化程序名和位置常量的符號。運維人員應該根據自己的記憶方式，在保證程序正常運行的基礎上，盡可能使用簡短的符號，既方便記憶，又能優化編輯和錄入的時間。

離線編程可以有效提升程序的錄入時間，但要建立在數字符號絕對精準的基礎上，否則，后期程序報錯和處理工作會占用大量時間，因此，時間允許的情況下，盡量在線編程。

優化程序是工業機器人調試前期的重要工作，運維人員在日常管理工作中應多結合工況，不斷地優化程序，縮短調試和工步時間，提高經濟效益。除此之外，程序編輯和錄入時間的長短，很大程度上也取決于運維人員對示教器的熟練程度。

2.結合實際工況統籌規劃示教方法

近些年，各大工業機器人廠商持續開發和更新自身配套仿真軟件，有條件的大中型企業可對生產線進行系統性的“量身定制”，建立數字仿真模型，通過仿真軟件在線示教，隨著仿真軟件的普及和應用，在線示教也逐漸取代傳統的現場示教。仿真模型的使用和在線示教，給工業機器人的前期調試提供了便捷，然而，這些便捷需要進行實地測繪、數據采集、構建模型等前期準備工作和人力、物力、財力的投入。相對于設備比較單一的小型企業來說，這是一筆不小的資金投入，相比而言，傳統的手動示教比數字仿真示教更為經濟實用，下文主要結合智能制造設備，淺析工業機器人傳統示教的方法與技巧。

2.1 快捷鍵（自定義按鍵）的使用

部分品牌的示教器支持自定義按鍵，可根據實際工況設置相應的快捷信號輸出，如ABB、華數等。在硬件支持的情況下，示教過程中盡量使用快捷鍵控制信號輸出，具體的信號反饋取決于機械臂所搭載的工具，如吸盤、卡爪、紅外線和工具的整體裝卸等等。快捷鍵的使用，不僅節省示教時間，而且固定的快捷鍵使用起來方便、快捷、精準，還可以降低誤操作的概率，有效提升調試效率。

2.2 合理安排示教順序

在智能制造系統中，工業機器人的調試通常需要各單元設備同時配合進行。制定周全的調試計劃，合理設置各設備調試的時間節點，避免因兩人使用同一設備而造成時間上的沖突，例如，車床卡盤和加工中心虎鉗位置常量的示教應避開車床和加工中心以及PLC的調試時間。

2.3 按工件類型示教

在智能制造項目中，工件類型多樣化，料倉、車床或者加工中心可能會放置不同類型的工件，如果按照料倉、車床和加工中心的順序來示教所有位置常量，意味著每一臺設備的示教都要根據不同類型的工件更換不同的抓取工具，不僅耗費大量時間，而且，頻繁地更換抓取工具，會破壞工件與工具之間相對位置的統一性，造成抓取位置誤差。所以，應該根據工件的類型來進行示教，通過一次抓取同一種類型的工件，對該工件所經過的所有位置進行示教，再更換抓取工具。

2.4 利用偏移量進行定位

偏移指令的運用，不僅可以有效地節省示教時間，還能在現有的坐標系上精準定位，提高調試效率、設備運行的安全指數。如車床卡盤、加工中心虎鉗位置常量偏移量的運用，可以實現理論上的垂直與水平運動（實際誤差的大小取決于工業機器人的運行精度）。

2.5 使用基坐標系示教

在設備調試和運行時，可以根據實際工況使用多個坐標系。但是在全程調試中，線性運動均使用基坐標，可以實現調試期間坐標系的唯一性，而且，全程示教不用切換坐標系，方便記憶和操作，同時也節省了切換坐標系的時間。

2.6 合理利用參照物

周邊參照物的利用，可以有效提高示教效率。根據不同的位置常量，通過目測的方式，適當調整視角，尋找合理的參照物進行示教，例如，設備的邊框輪廓、夾具平臺、各水平垂直平面等等，也可以利用各種物體之間的相對位置進行調整，例如，工具與工件之間的縫隙，可以尋找合適的光源，透過光源觀察縫隙的大小，從而調整合理的位置，加工中心虎鉗位置的找平和工具架的示教就體現了參照物的重要性。

2.7 先找平再示教

在抓取工件之前，應對工業機器人終端工具的氣路、感應器、形狀等狀態進行詳細的檢查。雖然料倉工件數量較多，但大部分工件都會放置在同一個平臺上，所以，在示教料倉位置常量時，為了節省時間，除了運用陣列相關的公式進行編程外，應先對夾具進行一次相對性的找平，一般情況下，只要料倉中每個放置工件的平臺均趨于水平或者同一個平面，就可以針對某一個工件的放置平臺進行一次找平即可，可以通過參照物的方法，微調夾具姿態，讓夾具平行于工件平臺。經過此步驟后，工件軸線也相對垂直于夾具平面，有助于車床卡盤和加工中心的虎鉗等裝夾位置的示教。

3.車床與加工中心位置常量示教的細節分析

車床與加工中心屬于精密加工設備，在安裝時均對水平、垂直等重要參數進行過調整。在這對兩個位置示教前，可以通過參照物的方法，尋找設備上相應的參照物作為基準進行找平，例如車床的卡盤端面、加工中心虎鉗的上平面、T型槽上平面等等，不同的設備，找平的方式與技巧也有很大的區別。為了保證工件與夾具的相對位置在整個運行中保持不變，從料倉取件開始，直至完成機床位置常量的示教，全程夾具均屬于夾緊工件的狀態。因為使用偏移指令（程序）可以簡化程序，所以，在機床上只需在夾具位置示教一個位置常量即可。在卡盤打開的狀態下，調整工件姿態，將工件軸線與車床主軸軸線平行，將工件平移至接近卡盤端面處，以卡盤端面為基準（參照物），對工件進行找平，再將工件移至卡盤中心位置，通過目測的方式調整對中，并控制好軸向位置。

此時工件軸線與車床主軸軸線的同軸度誤差過大，需進一步微調，否則在卡盤夾緊的瞬間，工件的空間發生位移，工業機器人各軸會因外力的作用被動強行改變姿態，導致終端工具位置參數的變化（參數變化的大小取決工業機器人的品質），從而影響整個項目所有位置常量的坐標參數，最終可能導致事故的發生。

一邊手動控制卡盤松緊，一邊觀察工件的偏移方向和偏移量，采用線性運動方式，通過工業機器人手動調整工件的徑向位置，直至卡盤夾緊時工件的位置不再產生偏移，此時可以保存該位置常量。加工中心虎鉗與車床卡盤位置的找平和示教方法類似，均采用參照物找平的方法，間歇松緊夾具為工件找正。

4.通過試運行排除故障

4.1 手動運行校驗子程序

子程序具有較強的針對性，針對終端設備手動運行子程序，主要是對程序的指令、位置常量、I/O信號和設備運行路徑進行校驗，可以快速、精準地找到并排除故障。

4.2 配合PLC控制系統校驗主程序

工業機器人與PLC系統的銜接主要表現在主程序上，調試前期要對I/O指令符號做一個全面的核對和統一。通過配合PLC進行調試，一邊運行一邊觀察I/O控制面板的信號變化和子程序的調用情況，與PLC的操作員實時溝通，相互反饋信號的發送與接收效果，可第一時間找到并排除故障。

5.關于調試安全的注意事項

當工業機器人回到機械原點或者等待信號位置時，盡量讓工具保持水平姿態，避免因氣路欠壓時，工具掉落造成安全事故。通常情況下，關節運動的速度要大于線性運動的速度，所以，為了確保安全，在進行近身示教或者狹小空間示教時，要盡量使用線性運動代替關節運動，可降低發生碰撞的概率。熟悉每一個急停按鈕的位置，在調試和運行過程中，要實時關注各設備的運行狀態，當發生緊急情況時，應第一時間就近按下急停按鈕，避免發生碰撞導致參數丟失或者人身傷害。在示教機床的位置常量前，應將安全門設置成打開狀態，并鎖死，同時提醒其他運維人員，整個過程禁止操控機床，完成機床的示教后，記得解鎖安全門。全程穿戴勞保護具。以上描述是以提高智能制造系統的調試效率為目的，在確保安全的基礎上，結合實際工況，對工業機器人調試過程中的部分技能點進行針對性分析。