錢玉劍 張愛紅 陳星星

基于MotoSim EG的安川機(jī)器人虛擬示教仿真

錢玉劍 張愛紅 陳星星

近年來，隨著人工成本逐年增高，機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,諸如：噴涂、碼垛、搬運(yùn)、包裝、焊接、裝配等，普遍采用示教編程方法[1]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為網(wǎng)絡(luò)制造的重要手段。國外知名機(jī)器人廠商，諸如ABB、FANUC、YASKAWA、KUKA等都推出了Windows 平臺上使用 3D 技術(shù)開發(fā)的機(jī)器人仿真軟件。文中以MOTOMAN機(jī)器人的零件碼垛搬運(yùn)為例，給出了應(yīng)用MotoSim EG軟件實(shí)現(xiàn)安川機(jī)器人虛擬示教的過程。在機(jī)器人環(huán)境物建模的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器人工件搬運(yùn)操作的示教編程，基于此生成了INFORM III程序格式的代碼并下載至機(jī)器人控制器，最終經(jīng)過機(jī)器人再現(xiàn)操作驗(yàn)證了虛擬仿真建模的精度與虛擬示教的可行性。

1 機(jī)器人及其環(huán)境物建模

機(jī)器人本體、安裝地面等模型是MotoSim EG軟件自帶的，可以直接導(dǎo)入，因此構(gòu)建工作臺與工件等環(huán)境物模型是離線仿真編程的關(guān)鍵。值得注意的是建立的模型需與實(shí)際環(huán)境物的外形尺寸、安裝位置等完全一致，否則會(huì)因精度偏差等問題而不能進(jìn)行工件的準(zhǔn)確移位。本次建模的對象為MOTOMAN HP20機(jī)器人、帶夾具的工件以及六工位緩沖臺等，建模實(shí)物對象如圖1所示。

圖1 安川機(jī)器人與緩沖工作臺實(shí)物

1.1 建立仿真工作單元

在機(jī)器人及其環(huán)境物建模前，需先新建一個(gè)虛擬仿真的工作單元，工作單元是機(jī)器人與環(huán)境物模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。工作單元按照下述步驟建立：

(1)單擊{開始}菜單→{MotoSim EG}→{File}→{New Cel Project}選擇所要保存的計(jì)算機(jī)路徑；(2)彈出New Cel對話框，新建一項(xiàng)目，文件類型是Cel File(*.cel)。單元文件、參數(shù)數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)等均存放在該文件夾內(nèi)。

1.2 導(dǎo)入機(jī)器人模型

1.3 添加地面

1.4 顯示機(jī)器人的法蘭端

默認(rèn)情況下，在新建的仿真單元中不會(huì)顯示機(jī)器人法蘭端的坐標(biāo)系，需要通過用戶設(shè)置，具體操作步驟如下：單擊菜單{Setting}→{Options}→{Graphic}→{Show},分別在Resolution中填入32～256之間的數(shù)字，在Blurrin中填入1～6之間的數(shù)字；點(diǎn)擊Execute，在Duratio中填入0.01～9.99之間的數(shù)字；接著設(shè)置Frame Lenght，為了能夠清楚地顯示坐標(biāo)系，在其中填入一個(gè)較大的數(shù)字200。經(jīng)過以上操作構(gòu)建機(jī)器人仿真工作單元如圖2所示。

圖2 機(jī)器人仿真工作單元的創(chuàng)建

1.5 構(gòu)建周圍環(huán)境物模型

1.5.1 底座的建立

機(jī)器人與地面之間有一個(gè)底座，需經(jīng)測量得到外形尺寸和位置關(guān)系后再建立模型。單擊樹形圖中的{world}→{Add}，彈出創(chuàng)建模型對話框，取名為{base}，單擊確定后在樹形圖中出現(xiàn)base節(jié)點(diǎn)。雙擊base節(jié)點(diǎn)，彈出“Add Parts”的數(shù)據(jù)編輯對話框。在Add Parts處下拉菜單選擇{BOX}→{Add}彈出{BOX Edit}的對話框，設(shè)置底座的尺寸，單擊{Color}可以選擇底座的顏色。

1.5.2 工作臺的建立

1.5.3 工件的建立

根據(jù)實(shí)際中工件尺寸創(chuàng)建工件，依次點(diǎn)擊{world}→{stand}→{Add}，給工件1取名為workpiece1,在workpiece1的數(shù)據(jù)編輯對話框中添加圓柱(CYLINDER)，尺寸數(shù)據(jù)設(shè)置為U100，L100，Height100，位置坐標(biāo)為X1234，Y-500，Z841。根據(jù)工作環(huán)境的要求共需創(chuàng)建6個(gè)尺寸形狀相同的圓柱形工件，完成工件1的創(chuàng)建后，工件2～工件6的模型尺寸不變，僅需更改Y方向的位置，其構(gòu)建過程限于篇幅，不再贅述。創(chuàng)建完成的工作環(huán)境模型如圖3所示。

圖3 包含工作臺與工件的仿真工作單元

1.5.4 創(chuàng)建機(jī)器人手爪

MotoSim EG軟件自帶的工具模型較少，僅包含用于弧焊的焊槍模型，一般情況下難以滿足實(shí)際工作的需要，因此用戶需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行工具建模，本應(yīng)用創(chuàng)建用于工件取放的氣動(dòng)手爪。在手爪部分建模的過程中，先應(yīng)將光標(biāo)定位到機(jī)器人樹形圖的刀尖點(diǎn)(HP20-A00-MDL_tcp)處，然后再構(gòu)建機(jī)器人手爪模型grasp。

1.5.5 調(diào)整TCP工具中心點(diǎn)的位置

機(jī)器人的TCP點(diǎn)是機(jī)器人法蘭盤端面中心的一點(diǎn)，工具坐標(biāo)系原點(diǎn)的缺省位置就在法蘭盤端面中心點(diǎn)。為了實(shí)際操作的方便，需要重新調(diào)整機(jī)器人的TCP點(diǎn)，將其移至手爪前端面的中心，如圖4所示。具體操作如下：點(diǎn)擊菜單{Robot}→{Data Setting}→{Tool Data…}出現(xiàn)工具編輯對話框后，修改工具坐標(biāo)偏置值。但調(diào)整時(shí)又發(fā)現(xiàn)：機(jī)器人手爪模型會(huì)隨著TCP點(diǎn)移動(dòng)而移動(dòng)，為此需將光標(biāo)定位到Cad樹形圖中手爪模型處對其位置再作適當(dāng)調(diào)整，經(jīng)重新設(shè)定后滿足要求。

圖4 調(diào)整TCP后的機(jī)器人及工作臺

2 機(jī)器人虛擬示教與再現(xiàn)

2.1 虛擬示教編程

工件取放的應(yīng)用實(shí)例由7個(gè)程序動(dòng)作歩構(gòu)成，其中第1歩的開始位置與第7歩的結(jié)束位置為同一位置，例程如下：

NOP

MOVL V=200.0 ‘第1步

MOVL V=70.0 ‘第2步

DOUT OT#(17) OFF ‘抓取工件

DOUT OT#(18) ON

TIMER T=1.0 ‘延時(shí)1秒

…

DOUT OT#(17) ON ‘放置工件

DOUT OT#(18) OFF

…

MOVL V=200.0 ‘第7步

END2.2 程序?qū)?/p>

經(jīng)MotoSim EG軟件生成的示教程序經(jīng)虛擬仿真驗(yàn)證無誤后方可導(dǎo)入到現(xiàn)場機(jī)器人控制器。由于虛擬示教生成的程序存于計(jì)算機(jī)上，需先在計(jì)算機(jī)上找到創(chuàng)建的作業(yè)文件(.JBI)，再利用讀卡器將程序復(fù)制到CF卡內(nèi)。應(yīng)用CF卡將程序?qū)霗C(jī)器人控制器的具體操作詳見文獻(xiàn)[4]。

2.3 程序調(diào)試運(yùn)行

程序?qū)胫翙C(jī)器人控制器后應(yīng)選擇在“示教”模式下進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。機(jī)器人動(dòng)作期間需觀察抓取點(diǎn)與放置點(diǎn)是否準(zhǔn)確，若發(fā)現(xiàn)位置存在偏差需進(jìn)行微調(diào)。程序逐段調(diào)試無誤后將模式切換至“再現(xiàn)”，伺服上電后按啟動(dòng)鍵，程序?qū)⒆詣?dòng)運(yùn)行。在運(yùn)行過程中若發(fā)生意外情況需立即按下急停按鈕以停止機(jī)器人的動(dòng)作，直至故障排除后再重新啟動(dòng)。

3 結(jié)論

應(yīng)用MotoSim EG軟件成功對無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能工廠MOTOMAN機(jī)器人及其環(huán)境物進(jìn)行了虛擬示教仿真，應(yīng)用實(shí)踐表明：虛擬示教仿真可以減少機(jī)器人的停機(jī)時(shí)間，為機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試人員提供了一個(gè)較好的實(shí)驗(yàn)平臺，同時(shí)也為機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線方案設(shè)計(jì)等提供了一個(gè)新思路。

[1] 張愛紅,張秋菊.機(jī)器人示教編程方法[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2003(4):47-49.

[2] 陜軍峰.機(jī)器人碼垛離線仿真與遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2011(4):70-73.

[3] 姚貴昌.基于Roboguide平臺的FANUC機(jī)器人虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2014(1):60-62.

[4] 張愛紅.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與編程技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015:128-136.

責(zé)任編輯 陳桂梅

(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 控制技術(shù)學(xué)院, 江蘇 無錫 214121)

工業(yè)機(jī)器人的示教分為在線示教與虛擬示教兩種，文中給出了應(yīng)用MotoSim EG軟件實(shí)現(xiàn)安川工業(yè)機(jī)器人的虛擬示教過程。在機(jī)器人及其環(huán)境物建模的基礎(chǔ)上，完成了機(jī)器人工件搬運(yùn)的示教與編程，進(jìn)而生成了INFORM III格式的機(jī)器人程序代碼，通過將程序下載至機(jī)器人控制器，驗(yàn)證了虛擬仿真建模的精度與示教程序的可行性。實(shí)踐應(yīng)用表明：應(yīng)用仿真軟件能達(dá)到預(yù)期效果，與現(xiàn)場操作相比具有直觀安全、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

工業(yè)機(jī)器人; 虛擬示教; 仿真建模

Yaskawa Robot Virtual Teaching Simulation Based on MotoSim EG

QIANYujian，ZHANGAihong,CHENXingxing

(School of Control Technology, Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China)

Industrial robot teaching is divided into two kinds of style. They are online teaching and virtual teaching. The virtual teaching on Yaskawa industrial robot with MotoSim EG is provided in this article. Based on the surroundings of the robot, virtual teaching and programming are handling robot working pieces. Then robot codes with INFORM III format are generated and downloaded by the robot controller. This is used to verify the accuracy of the virtual modeling and evaluate the feasibility of the process. Practice shows that the application of simulation software can achieve the Expected results. It is more intuitive, safer, cheaper and higher efficient than site operation.

industrial robot; virtual teaching; simulation modeling

10.13750/j.cnki.issn.1671-7880.2017.01.013

2016-10-07

2016年江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真與離線編程”(201610848004Y)

張愛紅(1971— )，男，江蘇鹽城人，教授，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)，智能制造新技術(shù)。

TP 242

A

1671-7880(2017)01-0047-03