機器人搬運碼垛金字塔形狀物料仿真設(shè)計研究

潘杰

摘要：搬運碼垛是機器人經(jīng)常要完成的任務(wù)，把物料搬運碼垛成一個金字塔形狀需要一個精確的設(shè)計過程，此過程要設(shè)置帶有傳感器的能夠傳送物品的傳送帶功能裝置，設(shè)置準確的屬性和信號連接，設(shè)置工作站的邏輯關(guān)系，對起始點和放置點進行示教定位、編寫搬運碼垛程等。本文在robotstudio基礎(chǔ)上完成了機器人將物料分層次碼垛成一個金字塔形狀智能工作站。

關(guān)鍵詞：機器人;搬運;碼垛

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0021-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 研究任務(wù)

在機器人工作站中，編寫機器人程序，完成傳送帶物料輸送到位后，機器人從傳送帶上將物料取走，擺放到指定的物料盤中，要求按照由右到左的順序擺放，分五層擺放，從最低層往上數(shù)，擺放數(shù)量為5個、4個、3個、2個、1個，最終擺放成金字塔形狀。物料直徑是40mm，物料高度為20mm，左右物料中間空襲的間距是2mm。啟動和停止按鈕在RobotStudio中通過仿真工作站I/O信號模擬。利用教建立的仿真工作站進行機器人編程并仿真運行無問題后，在將程序?qū)雽嶋H的工作站中，示教運行完成物料的搬運動作。

2 傳送帶功能的建立

在建模工具欄中選擇“Smart組件”，在RobotStudio“布局”窗口的列表中右擊新建立的Smart組件名稱，快捷菜單中選擇“重命名”，輸入名稱為“傳送帶動作”， 在“布局”窗口的列表中拖拽“小物料和傳送帶到傳送帶動作”節(jié)點下。

2.1.設(shè)置傳感器

在傳送帶動作組件窗口中點擊“添加組件”，從菜單中選擇“傳感器”，然后在子菜單中選擇“PlaneSensor”。設(shè)置動作組件：在傳送帶動作組件窗口中點擊“添加組件”，從菜單中選擇“動作”，然后在子菜單中選擇“Source”。在屬性窗口中進行設(shè)置。? 添加“Queue”組件，不需要對屬性進行設(shè)置。? 設(shè)置LinearMover組件。添加“LogicGate”組件，在屬性窗口中設(shè)定“Operator”為NOT。

3 設(shè)定屬性和信號連接

3.1 設(shè)置屬性連結(jié)

在“傳送帶動作”組件窗口中，點擊“屬性與連結(jié)”標簽，然后點擊“添加連結(jié)”，將彈出“添加連結(jié)”窗口。

3.2 添加I/OConnection

（1）設(shè)置傳送帶信號輸入開始小物料的來源的復(fù)制。

（2）設(shè)置來源執(zhí)行后，開始隊列的執(zhí)行，將復(fù)制的小物料排列在隊列后。

（3）設(shè)置傳感器識別到物料后，隊列停止。

（4）設(shè)置傳感器識別到物料后，給外部輸出識別到物料的信號。

（5）設(shè)置當物料被拿走后，傳感器沒有識別到物料關(guān)聯(lián)反向信號。

（6）設(shè)置反向信號與來源執(zhí)行相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)當傳感器沒有識別到物料時，物料復(fù)制并重復(fù)進行排隊前進。

4 工作站的邏輯設(shè)置

4.1 添加機器人系統(tǒng)

在添加機器人系統(tǒng)的選項界面中點擊“選項”按鈕。彈出更改選項窗口，在類別中選擇“Default Language”，在選項中取消English的勾選，勾選Chinese，為了讓機器人能夠與外部通信還需要添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以在類別中選擇“Industrial Networks”，在選項中勾選“709-1 DeviceNet Master/Slave”，點擊“確定”按鈕后，回到“從布局創(chuàng)建系統(tǒng)”窗口。

4.2 建立機器人IO信號

點擊“控制器”菜單，在左側(cè)控制器列表中展開“配置”接點，雙擊“I/O System”接點，在右側(cè)打開配置I/O系統(tǒng)窗口。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“DeviceNet Device”節(jié)點選擇“新建DeviceNet Device…”，打開的窗口中的Name后文本框中輸入“D651”，然后點擊確定。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“Signal”節(jié)點選擇“新建Signal”，在Type of Signal列表中選擇“Digital Input”。在配置I/O系統(tǒng)窗口中右鍵單擊“Signal”節(jié)點選擇“新建Signal”，在Type of Signal列表中選擇“Digital Output”。

4.3 設(shè)定信號連接

進入“仿真”菜單，在工具欄中選擇“工作站邏輯”。設(shè)置工作站啟動信號用來實現(xiàn)啟動功能，模擬工作站中的“啟動按鈕”的功能;設(shè)置工作站停止信號用來實現(xiàn)停止功能，模擬工作站“停止按鈕”的功能;設(shè)置與夾爪的連接實現(xiàn)機器人通過“do_xp”信號來控制吸盤的開合;設(shè)置傳送帶信號與機器人信號的連接實現(xiàn)機器人通過 “di_csd”信號是否為1來判斷物料是否到位。設(shè)置工作站啟動信號與機器人信號的連接設(shè)置工作站啟動信號與傳送帶啟動信號連接：實現(xiàn)傳送帶獲得工作站傳入的啟動信號;設(shè)置工作站停止信號與機器人信號的連接：實現(xiàn)機器人獲得工作站傳給機器人的停止信號。設(shè)置結(jié)果如圖1所示。

5 碼垛編程

5.1 搬運流程圖

機器人首先運動到初始位置，之后機器人末端工具直線運動到第一個待取料的上方點位，然后垂直下落到取物料點位，夾取物料、向上抬起到上方定位后平移到待放點位上方，再垂直下落到放置點位后放下物料，之后機器人抬起。夾取其他物料的過程與第一個相同，只是點位不同。總體流程圖如圖2所示。

5.2 程序數(shù)據(jù)聲明

編寫程序前首先要進行程序數(shù)據(jù)聲明，聲明起始點、取料點、放料點等7個點位， 在RobotStudio中選擇RAPID菜單，按照下列程序所示進行程序數(shù)據(jù)聲明。

程序數(shù)據(jù)聲明：

MODULE Module1

CONST robtarget home：=[[301.24，0.00，558.00]，[0.00526559，0，-0.999986，0]，[0，0，0，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明起始點

CONST robtarget qwl：=[[322.54，426.08，287.50]，[0.00526541，-4.20242E-8，-0.999986，-1.10285E-7]，[0，0，0，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明取料點常量

CONST robtarget fwl：=[[346.29，-282.31，297.79]，[0.00526535，-1.92038E-8，-0.999986，-8.44633E-8]，[-1，-1，-1，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]; ！聲明放料點常量

VAR num i; ！聲明循環(huán)次數(shù)計數(shù)變量

VAR robtarget qwls; ！聲明取物料點上方變量

VAR robtarget fwls; ！聲明放物料點上方變量

VAR robtarget fwl2; ！聲明放物料點到位變量

5.3 編寫main函數(shù)

PROC main（） ！主函數(shù)

Movej home，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運動到起始點

FOR i FROM 0 TO 14 DO ！循環(huán) 15 次，取放 15 個物料

qwls：=offs（qwl，0，0，30）; ！計算取料點上方點位

MoveL qwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運動到傳送帶取物料位置上方

WaitDI di_csd，1; ！等待輸入信號 di_csd 為 1，即等待傳送帶物料到位

MoveL qwl，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運動到取料點位置

set do_xp; ！吸盤置 1，執(zhí)行夾取動作，夾取物料

WaitTime 0.5; ！等待 0.5s，以夾穩(wěn)物料

MoveL qwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！提升到取料點上方位置

IF i<5 THEN ！如果 i<5

fwls：=offs（fwl，0，i*42-36，40）; ！運動到第一層放料點位置上方

fwl2：=offs（fwl，0，i*42-36，0）; ！運動到第一層放料點位置

ELSEIF i<9 THEN ！否則 5<=i<9

fwls：=offs（fwl，0，（i-5）*42-16，80）; ！運動到第二層放料點位置上方

fwl2：=offs（fwl，0，（i-5）*42-16，20）; ！運動到第二層放料點位置

余下循環(huán)程序可根據(jù)9<=i<12 ，12<=i<14， i=14，可依次運動到第三層、第四層、第五層的放料點，

設(shè)置放料點程序如下：

MoveL fwls，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！移動到放料點上方

MoveL fwl2， v300， fine， tool0＼WObj：=wobj0; ！慢速下落到放料點位置

reset do_xp; ！吸盤置 0

WaitTime 0.5; ！等待 0.5s ，以放穩(wěn)物料

ENDFOR ！ 結(jié)束 FOR 循環(huán)

Movej home，v300，fine，tool0＼WObj：=wobj0; ！運動到起始點

Stop; ！停止本次循環(huán)

ENDPROC ！ 結(jié)束 main 函數(shù)

ENDMODULE ！結(jié)束 MODULE

5.4 程序?qū)霗C器人工作站

在RobotStudio軟件中，點擊“RAPID”菜單，在左側(cè)列表中，展開RAPID接點，右鍵單擊程序模塊“module1”，然后選擇“保存模塊為…”，選擇保存位置，然后點擊“保存”按鈕。加載模塊到真實工作站，要保證電腦與真實工作站的控制器通過網(wǎng)線連接。在RobotStudio中，新建空工作站，添加“IRB120”機器人，然后在“控制器”菜單中，點擊“添加控制器”子菜單中的“一鍵連接…”，連接到真實工作站中的控制器 在“控制器”列表中將出現(xiàn)服務(wù)端口及其下面列出的控制器系統(tǒng)，展開接點到“T_ROB1”，右鍵點擊該節(jié)點，從彈出菜單中選擇“加載模塊”，在打開的窗口中選擇之前保存的模塊，然后點擊“打開”按鈕，如果原有工作站有同名的模塊，則會出現(xiàn)一個對話框，詢問是否覆蓋同名的模塊，這里點擊“是”。

5.5 點位示教

示教home點，將機器人的末端工具，調(diào)整為垂直向下狀態(tài)，此點為home點，在示教器的“程序編輯器”中，打開main例行程序，在代碼中點擊MovJ 后面home，選擇下方的“修改位置”，完成home點的示教。示教取料點，取物料目標點要保證夾住物料時不改變位置，在代碼中點擊MovL后面qwl，選擇下方的“修改位置”，完成qwl點的示教。示教放料點，示教放物料目標點（點位名稱fwl）時，應(yīng)當夾著物料進行示教。在代碼中點擊MovL 后面fwl，選擇下方的“修改位置”，完成 fwl點的示教。

6 仿真運行

在RobotStudio的仿真設(shè)定中不需要仿真機器人，在“仿真”菜單中點擊“仿真設(shè)定”，在仿真設(shè)定窗口中取消“system1”后面的勾選，關(guān)閉仿真設(shè)定窗口。在“仿真”菜單中，點擊“重置”從列表中選擇“初始狀態(tài)”，使工作站和機器人恢復(fù)到運行的起止狀態(tài)位置。

機器人開啟自動，在“控制器”菜單中點擊“控制面板”，在右側(cè)出現(xiàn)“控制面板”窗口，在窗口中將操作模式選擇為“自動”，點擊“電機按鈕”給電機上電。在“仿真”菜單中，點擊“播放”按鈕，開始仿真，“I/O仿真器”窗口中選擇系統(tǒng)為“工作站信號”，在下面出現(xiàn)start和stop兩個按鈕，點擊“start”將啟動機器人和傳送帶的運行。按下“stop”將停止機器人的運行，再次點擊“start”機器人將繼續(xù)運行。最終實現(xiàn)如圖3所示金字塔形狀搬運碼垛功能。

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【通聯(lián)編輯：梁書】