【正文】 電纜將兩個(gè)通訊口連接起來，實(shí)現(xiàn)兩邊信息交互 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 由于本系統(tǒng)所采用的是 ABB 工業(yè)機(jī)器人，所以這里也就直接用了 ABB 公司配套的軟件 RobotStudio，這個(gè)軟件 是機(jī)器人本體商中做的最好的一款 。RobotStudio 支持機(jī)器人的整個(gè)生命周期，使用圖形化編程、編輯和調(diào)試機(jī)器人系統(tǒng)來創(chuàng)建機(jī)器人的運(yùn)行，并模擬優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序 ，然而這款軟件僅支持ABB 機(jī)器人使用，局限性較大。打 開軟件創(chuàng)建一個(gè)空工作站，如圖 61 所示為robtstudio 仿真軟件的界面 。 圖 61 robtstudio 界面 創(chuàng)建工具 因?yàn)閯倢?dǎo)入進(jìn)來的夾爪僅僅是一個(gè) 3D 模型，并無法裝在機(jī)器人法蘭盤上，因此我們需要將夾爪創(chuàng)建成夾爪工具，這樣才能安裝在機(jī)械臂上，隨著機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。 設(shè)定本地原點(diǎn) 現(xiàn)將 3D 夾爪模型導(dǎo)入 robtstudio 中，然后右擊該夾爪，選擇“位置” — “放置” — “三點(diǎn)法” ，依次設(shè)置圖 62 所示的三個(gè)點(diǎn)位置。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 62 三點(diǎn)位置 在位置設(shè)定好以后，接下來就要設(shè)置夾爪的本地原點(diǎn) ，右擊夾爪工件 — “修改” — “設(shè)定本地原點(diǎn)”出現(xiàn)的框架中所有數(shù)據(jù)都填 0 創(chuàng)建工具 先創(chuàng)建一個(gè)工具坐標(biāo)，然后 在 點(diǎn)擊 建模功能選項(xiàng)卡中單擊“創(chuàng)建工具”，點(diǎn)擊“使用已有部件”，單擊下一個(gè)， 然后單擊箭頭所示方向，點(diǎn)擊完成，到這我們要用的工具就創(chuàng)建好了。此時(shí)之前的 3D 模型夾爪已經(jīng)變成機(jī)械裝置了，如圖63 所示。 接下來我們就可以把夾爪裝置安裝在機(jī)器人上了。 圖 63 創(chuàng)建夾爪的機(jī)械裝置 創(chuàng)建仿真畫面 為了能進(jìn)行畫面的模擬，需要先將畫面導(dǎo)入 robtstudio 中。 建立機(jī)器人系統(tǒng) 在完成上面 的操作后，要為機(jī)器人進(jìn)行加載系統(tǒng)從而建立虛擬控制器，使其擁有電器的特性完成相關(guān)的仿真動(dòng)作。在基本選項(xiàng)單擊“機(jī)器人系統(tǒng)”里的“從布局”來 創(chuàng)建系統(tǒng)如圖 64（左）所示，單擊后知道右下角控制器顏色變綠才算成功，如圖 64（右）所示 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 64 創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng) 創(chuàng)建畫面 在系統(tǒng)創(chuàng)建完成之后，便可以把需要的 3D 模型轉(zhuǎn)換成 stp 格式，然后導(dǎo)入這個(gè)軟件中，經(jīng)布局和修飾最終以如圖 65 所示，其圓圈部分就是機(jī)器人工作的區(qū)域。 圖 65 仿真布局 用 smart 組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)夾具 Gripper 當(dāng)按鈕啟 動(dòng)，機(jī)械手臂去抓工件直到傳感器感應(yīng)到工件時(shí)，這時(shí)夾爪便抓住工件，當(dāng)把工件放到傳送帶上時(shí)，夾爪便松開。因此這兩個(gè)動(dòng)作便要做個(gè)組件，以此來實(shí)現(xiàn)上面的動(dòng)作。 建立 smart 組件 設(shè)定夾具屬性過程如圖 66 所示，單擊“建?！惫δ苓x項(xiàng)卡中的 smart 組件，然后將其命名為 Gripper。在單擊添加組件，添加下圖 66 幾個(gè)組件，并設(shè)定相關(guān)參數(shù)。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 66 相關(guān)組件設(shè)置 創(chuàng)建屬性與連結(jié) 在“屬性與連結(jié)”選項(xiàng)卡中單擊“添加連結(jié)”，如圖 67 所示： LineSensor的屬性 SensedPart 指 的是線傳感器所檢測到的與其發(fā)生接觸的物體，此處連結(jié)的意思是將線傳感器所檢測到的物體作為拾取的子對(duì)象；而 Attacher 連結(jié)的意思是將拾取的子對(duì)象作為釋放的子對(duì)象。 圖 67 屬性連接 創(chuàng)建信號(hào)與連接 在“信號(hào)和連接”選項(xiàng)卡中單擊“添加 I/O signals” ,首先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào) digrip，用于控制夾具夾取、松開動(dòng)作，置 1 為氣缸充氣夾取，置 0為放氣松開，屬性如圖 68 所示 。同理在創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào) dorelease，用于反饋信號(hào)，置 1 為氣缸充氣，置 0 為氣缸放氣。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 68 創(chuàng)建信 號(hào) 接下來就開始建立信號(hào)連接，在“信號(hào)和連接 ” 選項(xiàng)卡中單擊“添加 I/O Connection” 依次添加幾個(gè) I/O 連接。開啟氣缸動(dòng)作信號(hào) digrip 觸發(fā)傳感器開始執(zhí)行檢測，如圖 69 所示： 圖 69 信號(hào)連接 當(dāng)傳感器檢測到物體之后觸發(fā)拾取動(dòng)作執(zhí)行時(shí)，設(shè)置信號(hào)連接為LineSensor__SensorOut__Attacher__Execute；然后利用非門的中間連接，實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)氣缸放氣后觸發(fā)松開動(dòng)作執(zhí)行，其信號(hào)連接設(shè)置為MyNewTool__digrip__LogiGate[NOT]__InputA\LogiGate[NOT]__Output__Detacher__Excute；當(dāng)夾取動(dòng)作完成后觸發(fā)置位 /復(fù)位組件執(zhí)行“置位”動(dòng)作，其信號(hào)連接設(shè)置為 Attacher__Executed__LogicSRLatch__Set；當(dāng)松開動(dòng)作完成后觸發(fā)置位 / 復(fù) 位 組 件 執(zhí) 行 “ 復(fù) 位 ” 動(dòng) 作 時(shí) ， 其 信 號(hào) 連 接 設(shè) 置 為Detacher__Executed__LogicSRLatch__Reset；置位 /復(fù)位組件的動(dòng)作觸發(fā)氣缸反饋信號(hào)置位 /復(fù)位動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)的最終效果為當(dāng)夾取動(dòng)作完成后 dorelease 置 1，當(dāng) 夾 爪 松 開 后 doqigang 置 0 ， 其 信 號(hào) 連 接 為LogicSRLatch__Output__MyNewTool__dorelease； 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 工作站邏輯 I/O 信號(hào)設(shè)定 在本工作站中，機(jī)器人的程序以及 I/O 信號(hào)已經(jīng)提前設(shè)定完成，我們無需再做編輯。通過前面的任務(wù)，我們已經(jīng)基本設(shè)定完成 Smart 組件的動(dòng)態(tài)效果，接下來需要設(shè)定 smart 組件與機(jī)器人端的信號(hào)通信，從而完成整個(gè)工作站的仿真動(dòng)畫。工作站邏輯設(shè)定即：將 smart 組件的輸入 /輸出信號(hào)與機(jī)器人端的輸入輸出信號(hào)作一個(gè)關(guān)聯(lián)。 Smart 組件的輸出信號(hào)作為機(jī)器人端的輸入信號(hào)，機(jī)器人端的輸出信號(hào)作 為 smart 組件的輸入信號(hào)，此處就可以將 smart 組件當(dāng)做一個(gè)與機(jī)器人進(jìn)行 I/O 通信的 plc 來看待。 首先對(duì) 機(jī)器人 進(jìn)行 I/O 信號(hào)設(shè)定 ， 在“控制器”功能選項(xiàng)卡下，單擊“配置編輯器”選擇“ I/O system” 雙擊“ signal”定義兩個(gè) I/O 信號(hào) ，如表 所示： 表 Name TypeofSignal 作用 Direlease Digital Input 數(shù)字輸入信號(hào)，作氣缸反饋信號(hào) Dogrip Digital Output 數(shù)字輸出信號(hào)，用作控制氣缸動(dòng)作 然后 設(shè)定工作站邏輯 ， 在“ 仿真”功能選項(xiàng)卡中單擊“工作站邏輯”，進(jìn)入“信號(hào)和連接”選項(xiàng)，單擊“添加 I/O Connection,需要添加兩個(gè) I/O 連接。如圖 610 所示。一是機(jī)器人端的控制氣缸動(dòng)作的信號(hào)與 smart 夾具的動(dòng)作信號(hào)相關(guān)聯(lián)，二是 smart 夾具的氣缸反饋信號(hào)與機(jī)器人端的氣缸反饋信號(hào)相關(guān)聯(lián)。 圖 610I/O 連接 示教編程及解析 示教器常用指令 由于上面我們已經(jīng)把機(jī)器人系統(tǒng)、夾具、信號(hào)、位置都已經(jīng)設(shè)定好了，接下常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 來我們就可以開始編程了。首先在 robtstudio 軟件中打開“示教器”，然后將示教器置于手 動(dòng)狀態(tài)，通過控制面板將英文改為中文，這樣也易于后面的操作。如圖 611 圖 611 示教器 點(diǎn)擊程序編輯器，在例行程序中新建如圖 612 所示的幾個(gè)程序文件： 圖 612 例行程序文件 接下來就可以在相應(yīng)的文件中編寫相應(yīng)的程序了，而本工作站中最常用的是常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 一下幾個(gè)指令： ① MoveL:線性運(yùn)動(dòng)指令 將機(jī)器人 TCP 沿直線運(yùn)動(dòng)到給定目標(biāo)點(diǎn) ② MoveJ：關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令 將機(jī)器人 TCP 快速移動(dòng)至給定目標(biāo)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡不一定是直線 ③ MoveC：圓弧運(yùn)動(dòng)指令 將機(jī)器人 TCP 沿圓弧運(yùn)動(dòng)至給定目標(biāo)點(diǎn) ④ MoveAbsj:絕對(duì)運(yùn)動(dòng)指令 將機(jī)器人各關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)至給定位置 ⑤ Set:將數(shù)字輸出信號(hào)置 1 ⑥ Reset：將數(shù)字輸出信號(hào)置 0 ⑦ WaitTime:等待時(shí)間 程序解析 見附錄 本章節(jié)主要是用 ABB 公司的 robtstudio 軟件對(duì)打磨工作站進(jìn)行一個(gè)真實(shí)仿真運(yùn)行的情況，當(dāng)組件中所有參數(shù)設(shè)定好以及工 作站 I/O 設(shè)定完成后，便可以在虛擬示教器上進(jìn)行程序的編寫，完成相應(yīng)的動(dòng)作。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 當(dāng)中轉(zhuǎn)臺(tái)上有工件時(shí)，傳感器將感應(yīng)到的信號(hào)傳送給 PLC， PLC 給機(jī)器人發(fā)送程序號(hào) 1，然后機(jī)器人進(jìn)入程序 1，并將信號(hào)反饋給 PLC，直到機(jī)器人接收到允許運(yùn)行 1 信號(hào)后機(jī)器人才能運(yùn)行程序段 1,開始到中轉(zhuǎn)臺(tái)上抓件。如圖 71 所示： 圖 71 機(jī)器人抓件 當(dāng)程序段 1 完成后，機(jī)器人給 PLC 發(fā)送信號(hào)， PLC 接到信號(hào)后啟動(dòng)打磨機(jī)和砂輪機(jī) ,機(jī)器人開始運(yùn)行程序段 2,對(duì)工件進(jìn)行圓角打磨以及對(duì)平面拋光處理 。如圖 72 所 示： 圖 72 圓角打磨及平面拋光 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 當(dāng)程序段 2 完成后，打磨機(jī)和砂輪機(jī)停止運(yùn)行，機(jī)器人開始運(yùn)行程序段 3，將工件放到傳送帶上，當(dāng)程序段 3 完成后，傳送帶啟動(dòng)，機(jī)器人返回原點(diǎn)。如圖73 所示： 圖 73 機(jī)器人將工件放到傳送帶上 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 本課題主要介紹了工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線在國內(nèi)、國外的發(fā)展?fàn)顩r及未來前景。由于學(xué)校引進(jìn)了 ABB6 軸機(jī)器人生產(chǎn)線，因此對(duì)此展開研究和設(shè)計(jì)，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。 本課題首先對(duì) 6 自由度工業(yè)機(jī)器人主體進(jìn)行了初步的了解和認(rèn)識(shí)，然后對(duì)其相應(yīng)的硬件部分作了介紹。而控制 該機(jī)器人則是由西門子公司的 PLC 200 系列進(jìn)行控制，因此我們用 STEPMicro/WIN 軟件進(jìn)行了相應(yīng)的編程，發(fā)送相關(guān)的信號(hào)讓機(jī)器人執(zhí)行相關(guān)的動(dòng)作。比如機(jī)器人抓件完成， plc 發(fā)送給機(jī)器人一個(gè)信號(hào)，機(jī)器人便開始進(jìn)行打磨拋光動(dòng)作，然后 plc 在發(fā)送一個(gè)信號(hào)，機(jī)器人執(zhí)行放件動(dòng)作，如此循環(huán)運(yùn)行。 在完成機(jī)器人的基本動(dòng)作，為了能夠讓生產(chǎn)線更好的被利用，我們有進(jìn)行對(duì)其監(jiān)控，由于下位機(jī)我們使用的是西門子公司的，所以這里我們還是用了西門子公司的 wincc 進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)、信號(hào)傳輸狀態(tài)，如果生產(chǎn)線出現(xiàn)任何問題 監(jiān)控畫面就會(huì)有報(bào)警產(chǎn)生，這及大地方便操作人員實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)線情況。最后為了機(jī)器人在運(yùn)行過程中不會(huì)因?yàn)榕c器件之間距離不合適，發(fā)生碰撞之類的事，我們還專門利用 ABB 旗下 robtstudio 對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行了一個(gè)模擬仿真，讓其更加形象化。 通過本次的研究，我受益匪淺，不僅對(duì) plc 和 wincc 有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，還意識(shí)到了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來的前景，奠定了我以后的工作方向。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 參考文獻(xiàn) [1]蔣慶斌，陳小艷 .工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. 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