【導(dǎo)讀】本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了研究。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是一切機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，本文對(duì)此進(jìn)行了深入淺出的研究。解也是影響機(jī)器人研究的重要內(nèi)容。工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是噴漆和焊接。了工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中起到的不可估量的重要作用。該語(yǔ)言具有弧焊機(jī)器人所必需的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和。焊接等相關(guān)功能。不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)程序的手動(dòng)編寫,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了離線編程。系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)以及示教編程器與機(jī)器人控制系統(tǒng)的通用接口。

　　

【正文】 31。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 開 始 噴 涂繼 續(xù) 噴 涂距 離 0 . 5 米 放 棄 這 臺(tái)回 到 初 始 位 置 否是 圖 31 程序流程圖 主程序中，主程序?yàn)?PROC， Routine Routine Routine RoutineRoutine5 為 5 個(gè)子程序，把一個(gè)機(jī)器人噴涂的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域劃分為 5個(gè)區(qū)域，每個(gè)子程序代表一個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域規(guī)劃了 100 個(gè)噴涂點(diǎn)。 為了保證噴涂質(zhì)量，當(dāng)機(jī)器人距離發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，即距離超過(guò) 米時(shí)，停止噴涂，機(jī)器人回到初始位置，噴涂下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，此臺(tái)未噴涂完的發(fā)動(dòng)機(jī)重新進(jìn)行人工噴涂。 Routine1 包括了發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面的噴涂， Routine Routine3 包括了發(fā)動(dòng)機(jī)正面的噴涂， Routine4 包括了發(fā)動(dòng)機(jī)上面的噴涂， Routine5 包括了發(fā)動(dòng)機(jī)下面的噴涂。 程序中執(zhí)行完 Routine4 后，有一個(gè) Waittime 20，此處是一個(gè)調(diào)整時(shí)間，調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)，避免機(jī)器人出現(xiàn)死機(jī)，還可以讓機(jī)器人以更好的姿態(tài)來(lái)噴涂Routine5 所包括的區(qū)域。 tool11～ tool13 代表了選擇的工藝參數(shù)，噴嘴口徑 ，控制參數(shù) 1～， 輸送壓力 ～ 。根據(jù)不同的噴涂要求，選擇不同的 tool。此程序中選擇了 tool13，代表了控制參數(shù)為 1，輸送壓力為 。 根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度為 600mm/s，發(fā)動(dòng)機(jī)吊在懸鏈上，運(yùn)動(dòng)速度為 800mm/min。 由于生 產(chǎn)任務(wù)的增加，改進(jìn)后的程序提高了機(jī)器人和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。改黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 進(jìn)后的程序考慮了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可能會(huì)碰到的死點(diǎn)，在噴涂過(guò)程中優(yōu)先考慮噴涂這些死 點(diǎn)。 噴漆機(jī)器人離線編程的主程序 PROC runjob（） ActUnit CNVI。 ConfJ\off。 ConfL\off。 PaintL[[,],[,8],[0,0,0,0],[9E+9,9E+9, 9E+9,9E+9,9E+]],v600,z50,tool13。 WaitWObj wobjconv1\RelDist:=100。 IF c1Position＞ THEN TPErase。 TPWrite“ object exceed the volid range,drop the current object” 。 ENDIF UseBrushTab bd1。 PaintL[[,],[,8],[0,0,0,0],[9E+9,9E+9, 9E+9,9E+9,9E+]],v600,z50,tool13。 Routine1。 Routine2。 Routine3。 Routine4。 Waittime 20。 Routine5。 PaintL[[,],[,8],[0,0,0,0],[9E+9,9E+9, 9E+9,9E+9,9E+]],v600,z50,tool13。 DropWOb wobjconv1。 PaintL[[,],[,8],[0,0,0,0],[9E+9,9E+9, 9E+9,9E+9,9E+]],v600,z50,tool13。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ConfJ\on。 ConfL\on。 DeactUnit CNV1。 ENDPROC 程序結(jié)果分析 程序改進(jìn)前，噴涂效果如圖 32。 圖 32 改進(jìn)前噴 涂效果圖 紅色區(qū)域表示漆膜厚度超過(guò) 40um 黃色區(qū)域表示漆膜厚度不足 30um 綠色區(qū)域表示漆膜厚度在 30~40um 之間，符合要求 符合要求的約占 55%，漆膜厚度不足的越占 27%，過(guò)厚的越占 18% 程序改進(jìn)后，應(yīng)用于 IRB5400 噴漆機(jī)器人，通過(guò)實(shí)驗(yàn) 、 測(cè)量 、 分析，噴涂效果如圖 33。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 33 改進(jìn)后噴涂效果圖 紅色區(qū)域表示漆膜厚度超過(guò) 60um 黃色區(qū)域表示漆膜厚度不足 50um 綠色區(qū)域表示漆膜厚度在 50～ 60um 之間，符合要求 符合要求的約占 82%，漆膜厚度不足的越占 10%，過(guò)厚的越占 8% 顯然，經(jīng)過(guò)程序的改進(jìn)，漆膜厚度增加 、 覆蓋率提高。對(duì)不符合厚度要求的，進(jìn)行人工處理。如對(duì)厚度不足的區(qū)域進(jìn)行人工噴漆，對(duì)過(guò)厚的區(qū)域打磨等。 由于機(jī)器人運(yùn)行的不穩(wěn)定，有時(shí)候會(huì)停機(jī)，通過(guò)改進(jìn)和開發(fā)新的程序，使得機(jī)器人能以更好的姿態(tài)來(lái)噴涂發(fā)動(dòng)機(jī)，得出結(jié)果如表 31 所示。 表 31 機(jī)器人故障停機(jī) 其中周期 1~4 為程序改進(jìn)前，周期 5~8 為程序改進(jìn)后。 周期 停機(jī)次數(shù) 運(yùn)行次數(shù) 故障次數(shù) /百萬(wàn)次運(yùn)行 1 31 10217 3034 2 21 11007 1979 3 27 10917 2473 4 24 10458 2295 5 8 10257 780 6 9 11032 816 7 11 10658 1032 8 6 10798 557 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 故障分布如圖 34。 圖 34 故障分布 可知， 故障 次數(shù) /百萬(wàn)次運(yùn)行 明顯的下降了，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。 以瑞士 ABB 公司生產(chǎn)的 IRB5400 噴漆機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，改進(jìn)了噴涂發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用程序，進(jìn)行了 仿真 ，通過(guò)測(cè)量，得出了結(jié)果：發(fā)動(dòng)機(jī)漆膜厚度增加、覆蓋率提高、故障停機(jī)率降低，證明了開發(fā)程序的合理性和有效性。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 4 章 焊接 機(jī)器人 研究 根據(jù)機(jī)器人語(yǔ)言的類別不同 ,其 組成也不同。對(duì)于動(dòng)作級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言 ,主要包括 : (1)位置說(shuō)明。使用提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義物體的位置和特征。對(duì)于焊接作業(yè) ,機(jī)器人末端焊槍以及工件的位置和姿態(tài)可以用 4 4 的矩陣進(jìn)行表示。 (2)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明。通常用一系列機(jī)器人要達(dá)到的目標(biāo)位置來(lái)說(shuō)明 ,不僅需要說(shuō)明初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài) ,為了避免碰撞 ,還應(yīng)該說(shuō)明路徑上足夠的中間點(diǎn)。此外 ,還需要說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的速度等。 (3)傳感和控制流程。焊接過(guò)程中存在著焊接變形 ,同時(shí)又要保證焊接的質(zhì)量 ,通常要使用焊縫跟蹤系統(tǒng)和熔透控制系統(tǒng)等。故程序中要包含相應(yīng)的傳感信息處理。此外 ,機(jī)器人程序的流程通 常由傳感器信息控制 ,多數(shù)語(yǔ)言都提供了判定結(jié)構(gòu) ,如 dowhile。 (4)程序設(shè)計(jì)支持。提供必要的程序開發(fā)和調(diào)試功能 ,主要包括再線修改、跟蹤傳感輸出和仿真。對(duì)于任務(wù)級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言 ,允許用戶使用高級(jí)語(yǔ)言描述任務(wù) (任務(wù)說(shuō)明 ),系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃程序通過(guò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù) (環(huán)境模型 ),將任務(wù)說(shuō)明轉(zhuǎn)換為機(jī)器人語(yǔ)言程序 (程序合成 ),然后執(zhí)行之。主要包括 : (1)環(huán)境模型。用于描述物體 (包括機(jī)器人 )的幾何和物理特性 ,以及工作空間中物體的狀態(tài)。 (2)任務(wù)說(shuō)明。任務(wù)被描述成工作空間中物體狀態(tài)的序列 ,物體狀態(tài)可以用物體之間的空間關(guān)系表示 ,通 常用定義了語(yǔ)法和語(yǔ)義的高級(jí)語(yǔ)言來(lái)描述。 (3)程序合成。首先將任務(wù)說(shuō)明轉(zhuǎn)換為可用的形式 ,得到一個(gè)由物體狀態(tài)組成的集合 ,再根據(jù)物體的幾何和物理特性 ,規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng) ,從而產(chǎn)生動(dòng)作級(jí)程序。 目前任務(wù)級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到實(shí)用的程度。但是動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言的編程效率比較低。因此 ,文中綜合以上兩種語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn) ,開發(fā)一種既具有相對(duì)較高效率又可以實(shí)用的語(yǔ)言 HAW RL,它由以下幾個(gè)部分組成 : (1)位置說(shuō)明。通過(guò)定義的專用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指定機(jī)器人、工件以及障礙物的位置和姿態(tài)。 (2)任務(wù)說(shuō)明。用來(lái)說(shuō)明機(jī)器人要執(zhí)行的任務(wù) ,不是簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng) 序列的指定 ,也不是“焊接工件上的所有焊縫”這樣高級(jí)的任務(wù)序列 ,而是分解機(jī)器人需要完成的任務(wù)指定其各個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的任務(wù)階段。如“先移動(dòng)到焊縫起始點(diǎn) ,然后以指定的速度焊接直線焊縫 ,最后焊接一段圓弧 ,之后回到機(jī)器人零位”。 (3)數(shù)學(xué)運(yùn)算及程序控制流程。用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算和控制流程的控制。 (4)傳感信息處理。用于控制傳感信息的接收與否及相關(guān)處理。關(guān)于程序的輸出、調(diào)試以及仿真等由程序的編譯解釋系統(tǒng)提供。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 混合式弧焊機(jī)器人編程語(yǔ)言 從機(jī)器人語(yǔ)言發(fā)展的歷史來(lái)看 ,機(jī)器人語(yǔ)言從比較低級(jí)的動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言逐漸發(fā)展到比較高級(jí)的任 務(wù)級(jí)語(yǔ)言。動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句比較簡(jiǎn)單 ,易于編程 。但是其缺點(diǎn)也比較明顯 ,即不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 ,編程效率低 ,不能接收復(fù)雜的傳感器信息。盡管如此 ,由于其簡(jiǎn)單實(shí)用 ,動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言仍然得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在的大多數(shù)機(jī)器人語(yǔ)言都屬于這一類 ,如 IBM 公司為其機(jī)器人產(chǎn)品開發(fā)的商品化機(jī)器人語(yǔ)言 AML。任務(wù)級(jí)語(yǔ)言沒(méi)有明確的規(guī)定機(jī)器人的動(dòng)作 ,但機(jī)器人可以自動(dòng)進(jìn)行推理、計(jì)算 ,最后生成機(jī)器人的動(dòng)作序列。這類語(yǔ)言為數(shù)不多 ,主要有 IBM 公司開發(fā)的AUTOPASS。這類語(yǔ)言的功能也遠(yuǎn)沒(méi)有真正的達(dá)到人們的期望。但是 ,它確實(shí)是一個(gè)非常具有實(shí)用意義 的發(fā)展方向。 基于以上分析 ,綜合動(dòng)作級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言和任務(wù)級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn) ,擬介紹新 開發(fā)的混合式弧焊機(jī)器人編程語(yǔ)言 HAW RL(hybrid arcwelding robot language)。 HAW RL 不僅包含了動(dòng)作級(jí)的指令和簡(jiǎn)單的任務(wù)級(jí)指令 ,同時(shí)具有一些運(yùn)算功能 ,故稱為混合式弧焊機(jī)器人編程語(yǔ)言。運(yùn)用 HAW RL,不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)程序的手動(dòng)編寫 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了離線編程系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)以及示教編程器與機(jī)器人控制系統(tǒng)的通用接口。 對(duì)于六自由度四連桿機(jī)構(gòu)弧焊機(jī)器人來(lái)說(shuō) ,一般采用 DH模型進(jìn)行描述 ,因此 ,表達(dá) 機(jī)器人的位置和姿態(tài)一般都采用六個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角或者 4 4 的矩陣。對(duì)于焊接工件來(lái)說(shuō) ,一般采用 4 4的矩陣描述它的位置和姿態(tài)。在 HAW RL 中 ,為了描述機(jī)器人以及工件的位置 ,用六個(gè)連續(xù)的浮點(diǎn)數(shù)中間以“ /”作為分割來(lái)表示一組關(guān)節(jié)角 ,如 0. 0/18. 0/20. 5/。用 12個(gè)連續(xù)浮點(diǎn)數(shù)中間以“ /”作為分割來(lái)表示一個(gè)位姿 ,因?yàn)楸硎緳C(jī)器人位姿的 4 4矩陣的最后一行分別為 0, 0, 0, 1,如 1. 0/0. 0/0. 0/0. 0/0。通過(guò)這兩種方式 ,就可以表達(dá)機(jī)器人工作空間中物體的三維信息了 ,從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)物體的位置說(shuō)明。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 HAW RL 指令集及其說(shuō)明 根據(jù)程序設(shè)計(jì)和焊接機(jī)器人的實(shí)際需要 ,設(shè)計(jì)了 HAW RL 指令集 ,包括運(yùn)動(dòng)控制指令、弧焊指令、程序控制指令、數(shù)學(xué)運(yùn)算指令以及傳感信息處理指令 ,如表41 所示。通過(guò)這些指令 ,就可以實(shí)現(xiàn)焊接任務(wù)說(shuō)明、程序流程控制和傳感信息處理了。 表 41 指令分類 指令 指令說(shuō)明 運(yùn)動(dòng)控 制指令 MOVJVJ = OP MOVLVL = OP MOVC VC = OP 按設(shè)定的速度以 PTP方式運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置 按設(shè)定的速度以直線插補(bǔ)方式運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置 按設(shè)定的速度以圓弧插補(bǔ)方式運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置 弧焊指令 ARCON, ARCOFF WVON, WVOFF WELDA= OP, WELDV= OP 用于控制啟弧、熄弧 用于控制電弧擺動(dòng)開始與結(jié)束 用于設(shè)定焊接電流和焊接電壓 數(shù)學(xué)運(yùn) 算指令 ADD, SUB, MUL, DIV AND, OR, XOR SIN, COS, ATAN SQRT, SET, MOD 依次表示加、減、乘、除運(yùn)算 依次表示按位與、按位或、按位 異或操作 依次表示正弦、余弦和反正切運(yùn)算 依次表示平方根、賦值和取模操作 程序控 制指令 LABLE JUMP, PAUSE, DELAY IFELSEENDIF, WHILEENDWHILE, SUBRET, GOSUB SRARTP,ENDP, STARTD,ENDD 在程序中可以定義標(biāo)號(hào) ,用于表示跳轉(zhuǎn)的位置 依次表示跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)的位置、停止和延時(shí) 分別表示條件選擇和循環(huán)操作 分別用于定義子程序和跳轉(zhuǎn)到子程序 用于表示程序的開始、結(jié)束以及數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束 傳感信息 處理指令 TRACKON, TRACKOFF, PNTRTON, PNTRTOFF 用于控制焊縫跟蹤傳感系統(tǒng)的啟動(dòng)與關(guān)閉 用于控制熔透?jìng)鞲邢到y(tǒng)的啟動(dòng)與關(guān)閉 對(duì)于機(jī)器人進(jìn)行弧焊作業(yè)時(shí) ,一般只要能夠完成 PTP 和 CP 兩種軌跡運(yùn)動(dòng)就可以了。對(duì)于 PTP 方式 ,機(jī)器人用來(lái)完成不關(guān)心運(yùn)動(dòng)路徑情況下的快速運(yùn)動(dòng) ,如回零黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 位和快速運(yùn)動(dòng)到焊接起始點(diǎn)等 。對(duì)于 CP 方式 ,通過(guò)直線和圓弧兩種軌跡基本上可以擬合出任意復(fù)雜形狀的焊縫 ,從而完成焊接任務(wù)。對(duì)于三個(gè)運(yùn)動(dòng)控制指令 MOVJ、MOVL、 MOVC 就是用來(lái)控制機(jī)器人來(lái)完成上述三種運(yùn)動(dòng)形式的。其指令格式完全一樣 ,以 MOVL 為例 MOVLVL =操作數(shù)。 表示弧焊機(jī)器人從前一點(diǎn)移動(dòng)到當(dāng)前點(diǎn)的移動(dòng)方式為直線移動(dòng) ,速度由操作數(shù)指定。 弧焊指令有 6 條 ,分別是 ARCON、 ARCOFF、 WVON、 WVOFF、 WELDA、 WELDV。前面的四個(gè)指令用來(lái)控制電弧的狀態(tài) ,指令格式相同 ,在程序中需要改變電弧狀態(tài)的地方直接插入即可 ,不包含任何參數(shù)