工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

摘要：在我國(guó)大力發(fā)展智能制造業(yè)的背景下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用是智能制造業(yè)核心專業(yè)技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，達(dá)到進(jìn)一步提高PLC編程的能力，掌握機(jī)器人與PLC通信技術(shù)，熟練運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人的上機(jī)操作與編程技能的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：PLC編程? 信號(hào)設(shè)定? 工業(yè)機(jī)器人編程? 工業(yè)機(jī)器人操作

在“中國(guó)制造 2025” 戰(zhàn)略目標(biāo)下，我國(guó)正在大力投入研發(fā)人工智能、智能制造等先進(jìn)理念的的核心制造技術(shù)，使得生產(chǎn)線自動(dòng)化程度越來(lái)越高，產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)改造，向著制造業(yè)高、精、尖方向發(fā)展，以提升我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。工業(yè)機(jī)器人在智能制造發(fā)展上有著重要的核心作用，所以培養(yǎng)大量的掌握工業(yè)機(jī)器人技能的人才顯得尤為重要，關(guān)系到我們制造業(yè)升級(jí)改造成功與否。高職教育注重培養(yǎng)高技能人才，更需要學(xué)生擁有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，教學(xué)中的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是培養(yǎng)學(xué)生操作技能的重要手段。設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的技能起著重要作用。本文通過(guò)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，探討了如何培養(yǎng)學(xué)生在信號(hào)設(shè)置、PLC編程、機(jī)器人碼垛編程，生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與維護(hù)等方面的能力。

一、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目分析

如下圖1所示：本項(xiàng)目主要有一臺(tái)ABB機(jī)器人，工件放置平臺(tái)（垛板），放料井道，傳輸帶，PLC可編程控制器等組成。要求物料在PLC程序控制下，先后有序的從兩個(gè)放料井道中間歇推出，由傳輸帶傳送到指定位置，然后機(jī)器人開(kāi)始動(dòng)作，把物料按某種規(guī)律分別在兩塊垛板上排列放置（如圖2所示）。

1、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目根據(jù)職業(yè)崗位需求與課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力，動(dòng)手操作能力。通過(guò)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能熟練掌握機(jī)器人仿真軟件應(yīng)用與機(jī)器人上機(jī)操作，掌握機(jī)器人搬運(yùn)碼垛編程，PLC編程，掌握機(jī)器人與PLC之間的通信。

2、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容

項(xiàng)目?jī)?nèi)容：（1）編寫(xiě)PLC程序分別控制兩個(gè)放料井道推出物料，然后由傳送帶傳輸?shù)絺魉蛶┒耍却龣C(jī)器人夾取物料，夾取后再推出物料傳送。（2）設(shè)置機(jī)器人與PLC的通信信號(hào)。（3）操作機(jī)器人尋找垛板放置物料的坐標(biāo)點(diǎn)。（4）編寫(xiě)機(jī)器人搬運(yùn)碼垛程序，要求物料以3行*3列*3層放置如圖2所示。

3、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的要點(diǎn)與難點(diǎn)

項(xiàng)目的重點(diǎn)是掌握機(jī)器人的通信信號(hào)設(shè)置，機(jī)器人的搬運(yùn)碼垛編程，機(jī)器人的上機(jī)操作。難點(diǎn)在于PLC程序編輯與工業(yè)機(jī)器人碼垛編程，需要用到循環(huán)語(yǔ)句編程。

二、機(jī)器人與PLC信號(hào)設(shè)定

在本項(xiàng)目中需要首先設(shè)置好機(jī)器人與PLC互相通信端口信號(hào)與機(jī)器人控制夾具的信號(hào)，然后再設(shè)置好PLC與傳輸裝置中的傳感器間的通信，包括檢查井道中是否有工件、工件從井道推出、傳輸帶運(yùn)行、傳送是否到位、井道工件推出裝置復(fù)位、傳輸帶停止運(yùn)行等信號(hào)。如下表所示。

三、PLC工作原理與程序編寫(xiě)

在整個(gè)項(xiàng)目中PLC編程對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大，比較考驗(yàn)學(xué)生的邏輯思維，需要詳細(xì)講解。程序編寫(xiě)如下：

由上圖程序可知道（為了方便敘述，以1#傳送帶為例），編寫(xiě)時(shí)候，先設(shè)開(kāi)始開(kāi)關(guān)X000控制計(jì)數(shù)器C2，C2并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)M1用來(lái)計(jì)算傳輸?shù)奈锪蠑?shù)量，然后計(jì)數(shù)器串聯(lián)一個(gè)X016常開(kāi)開(kāi)關(guān)，當(dāng)物料井道中有材料時(shí)候，井道中傳感器感應(yīng)到材料，開(kāi)關(guān)閉合，1#送料Y22啟動(dòng)推出物料，1#電機(jī)啟動(dòng)Y20運(yùn)行傳輸物料到傳輸帶末端，接著傳輸帶末端傳感器感應(yīng)到物料號(hào)，1#裝置常開(kāi)開(kāi)關(guān)X014閉合，同時(shí)開(kāi)關(guān)X014與X001急停開(kāi)關(guān)并聯(lián)以控制電機(jī)與傳送帶運(yùn)行。這個(gè)時(shí)候設(shè)置PLC輸出信號(hào)Y006給機(jī)器人DI06，機(jī)器人接到信號(hào)后動(dòng)作夾取傳送帶末端物料，物料被夾走后，傳感器感應(yīng)到后X014下降沿開(kāi)關(guān)會(huì)打開(kāi)，打開(kāi)瞬間輸出給計(jì)數(shù)器M1開(kāi)關(guān)技術(shù)，M1閉合后，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，X016由于傳感器感應(yīng)到井道中的物料已經(jīng)閉合，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。如上圖所示，2#傳送帶原理一樣。

四、機(jī)器人工件定位操作

由于機(jī)器人夾取物料要加輔助夾具，需要定義工具坐標(biāo)，包括通過(guò)四點(diǎn)法重新找到機(jī)器人的TCP點(diǎn)，設(shè)置好工具的質(zhì)量與重心等參數(shù)。物料放置需要定義工件坐標(biāo)系，方便后面碼垛編程，要注意工件坐標(biāo)系要要符合右手定則，學(xué)生容易把Z軸方向搞反，造成機(jī)器人碰撞。

機(jī)器人分別把物料從1#、2#傳輸帶末端夾住放置在對(duì)應(yīng)的1#、2#垛板上，需要操作機(jī)器人找到夾取點(diǎn)與放置點(diǎn)四個(gè)位置。分別是1#傳輸帶末端P10點(diǎn)，1#放料平臺(tái)P20點(diǎn)，2#傳輸帶末端P30點(diǎn)，2#放料平臺(tái)P40點(diǎn)。找點(diǎn)時(shí)候操作盡量精準(zhǔn)定位，減少誤差。

五、機(jī)器人程序編寫(xiě)

項(xiàng)目中如圖2放置規(guī)律所示，物料在碼垛盤(pán)上按照3行*3列*3層排列放置。程序如下所示，程序首先要等待PLC輸入信號(hào)DI6（機(jī)器人輸入端口DI6，與PLC輸出端Y6連接）輸入，機(jī)器人就可以開(kāi)始動(dòng)作在傳輸帶上夾物料。然后根據(jù)圖2所示的規(guī)律放置物料在碼垛盤(pán)上，則需要碼垛編程，如果尋找每個(gè)物料放置的位置，比較繁瑣，工作量大，也容易產(chǎn)生誤差，程序較為冗長(zhǎng)。為了讓程序更加簡(jiǎn)潔需要用到三個(gè)內(nèi)嵌循環(huán)語(yǔ)句For指令，學(xué)生對(duì)這里理解上有點(diǎn)困難，要搞清楚For的循環(huán)應(yīng)用原理。在編程過(guò)程中為了減少尋找位置點(diǎn)數(shù)量，可用到Offs偏置指令，減少位置點(diǎn)的誤差。

MODULE Module1

PROC main1（）

MoveJ [[-11.57，349.83，397.60]，[0.00639544，0.710829，-0.703216，0.0130026]，[1，-1，0，0]，[9E+09，9E+09，9E+09，9E+09，9E+09，9E+09]]，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitDI Di6，1;

FOR z FROM 0 TO 2 DO

FOR y FROM 0 TO 2 DO

FOR x FROM 0 TO 2 DO

MoveJ Offs（p10，0，0，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL p10，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Set D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p10，0，0，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p20，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL Offs（p20，x * 60，y * 80，z * 30），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Reset D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p20，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p30，0，0，150），v1000，z50，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL p30，v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Set D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p30，0，0，150），v1000，z50，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveJ Offs（p40，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

MoveL Offs（p40，x * 60，y * 80，z * 30），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

WaitTime 1;

Reset D04;

WaitTime 1;

MoveL Offs（p40，x * 60，y * 80，150），v200，fine，tool1＼WObj：=wobj1;

ENDFOR

ENDFOR

ENDFOR

ENDPROC

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，把PLC編程課程知識(shí)與工業(yè)機(jī)器人課程知識(shí)綜合應(yīng)用。學(xué)生可以在PLC編程、信號(hào)通信、工業(yè)機(jī)器人編程等多方面技能得到訓(xùn)練，掌握完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)。項(xiàng)目注重技能培養(yǎng)，學(xué)生在完成項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)后，了解了PLC工作原理，PLC編程技術(shù)水平得到了進(jìn)一步提升，能深入了解通信信號(hào)設(shè)定，機(jī)器人與PLC之間的通信，更熟練的掌握工業(yè)機(jī)器人的上機(jī)操作，也能更好點(diǎn)適應(yīng)當(dāng)下制造業(yè)智能化的要求，為以后的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張婧.工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2020，9.

[2]李勇. 智能綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2021，7.

[3]陳小艷. 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

[3]朱洪雷. 工業(yè)機(jī)器人離線編程[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

作者簡(jiǎn)介：趙少君（1979-）漢族，，講師 ，廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，研究方向：數(shù)控技術(shù)。