朱亞紅 劉鴻亮

（1重慶市工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用服務(wù)工程技術(shù)研究中心，重慶，402160；2重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院機(jī)器人中心，重慶，402160）

0 引言

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其在汽車(chē)制造業(yè)，工業(yè)機(jī)器人得到廣泛的應(yīng)用。例如,在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鑄造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)碼垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)[1]。

工業(yè)機(jī)器人在正常工作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，非正常抖動(dòng)涉及到的原因較多，可能性較大的有以下幾個(gè)方面：一是工作周?chē)衅渌臋C(jī)械振動(dòng)干擾，恰巧工作頻率和工業(yè)機(jī)器人工作頻率相一致，達(dá)到共振；二是工作時(shí)，機(jī)器人本身各運(yùn)動(dòng)部位的振動(dòng)頻率相一致，達(dá)到共振，進(jìn)而引起了振動(dòng)；三是機(jī)器人電氣控制部分參數(shù)設(shè)置和控制部分算法有問(wèn)題，引起了振動(dòng)；四是機(jī)器人工作時(shí)，可能受到電信號(hào)或磁場(chǎng)干擾，從而產(chǎn)生控制不穩(wěn)定[2]。

本文針對(duì)第三種情況進(jìn)行詳細(xì)分析與研究。

1 智能仿形示教系統(tǒng)

智能仿形示教系統(tǒng)是一種機(jī)器人輔助示教裝置，通過(guò)收集人手部在操作機(jī)器人時(shí)形成軌跡數(shù)據(jù)，并將軌跡數(shù)據(jù)優(yōu)化后傳遞給工業(yè)機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人示教過(guò)程。

例如圖1為人工操作機(jī)器人實(shí)物圖，圖2為智能仿形示教軟件界面。

圖1 人工操作機(jī)器人

圖2 智能仿形示教軟件界面

智能仿形示教系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中，操作人員發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人在復(fù)現(xiàn)軌跡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問(wèn)題。如果人工示教軌跡速度過(guò)快，那么機(jī)器人按照這個(gè)軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)出異常聲響，同時(shí)出現(xiàn)機(jī)器人速度發(fā)生突變的現(xiàn)象。通過(guò)監(jiān)控智能仿形示教系統(tǒng)軟件，可得到機(jī)器人發(fā)生抖動(dòng)時(shí)的速度曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖3 機(jī)器人發(fā)生抖動(dòng)時(shí)的速度曲線(xiàn)

2 問(wèn)題分析

根據(jù)圖3分析得出機(jī)器人發(fā)生抖動(dòng)時(shí)的軌跡數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析出機(jī)器人整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的理論速度情況，如圖4所示。

根據(jù)ABB機(jī)器人RAPID程序指令MaxRobSpeed，得出當(dāng)前型號(hào)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)的最大TCP(Tool Center Point,工具中心點(diǎn))速度是7000mm/s，如圖4中直線(xiàn)所示。從圖4中可以看出，機(jī)器人的軌跡速度有很大一部分是超過(guò)7000 mm/s的。根據(jù)ABB機(jī)器人RAPID指令手冊(cè)得知，軌跡速度超過(guò)7000 mm/s的部分，機(jī)器人會(huì)按照最大速度（即7000 mm/s）移動(dòng)。因此，得出機(jī)器人實(shí)際速度曲線(xiàn)圖，如圖5所示。

圖4 機(jī)器人理論速度曲線(xiàn)

圖5 機(jī)器人實(shí)際速度曲線(xiàn)

由圖4、圖5可以看出，在點(diǎn)1、2、3、4、5處，機(jī)器人的加速度會(huì)發(fā)生突變。根據(jù)原始數(shù)據(jù)繪制加速度，得出機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)加速度曲線(xiàn)圖、機(jī)器人實(shí)際速度和加速度對(duì)比圖，如圖6、圖7所示。

圖7 機(jī)器人實(shí)際速度和加速度對(duì)比

圖6 機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)加速度曲線(xiàn)

通過(guò)分析圖6、圖7中數(shù)據(jù)，得出機(jī)器人抖動(dòng)的原因是：示教軌跡某些點(diǎn)速度過(guò)快，超過(guò)機(jī)器人TCP的最大速度7000m/s，機(jī)器人突然由加速，變?yōu)?000mm/s的勻速，導(dǎo)致加速度產(chǎn)生突變，機(jī)器人無(wú)法適應(yīng)如此大的加速度突變，導(dǎo)致機(jī)器人抖動(dòng)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 改變T值

在機(jī)器人軌跡數(shù)據(jù)不變的情況下，把下述RAPID指令中T∶=0.1改成T∶=1，也就是點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，讓機(jī)器人速度降下來(lái)。

當(dāng)T∶=0.1時(shí)，編程代碼如下：

MoveJ [[X{J},Y{J},z{J}],[q1{J},q2{J},q3{J},q4{J}],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]],v100T∶= 0.1,z5,tool1WObj∶=wobj1;

當(dāng)T∶=1時(shí)，編程代碼如下：

MoveJ [[X{J},Y{J},z{J}],[q1{J},q2{J},q3{J},q4{J}],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]],v100T∶= 1,z5,tool1WObj∶=wobj1;

當(dāng)T=1時(shí)，速度和加速度曲線(xiàn)圖如圖8所示。

圖8 T=1時(shí)機(jī)器人速度與加速度曲線(xiàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：通過(guò)改變T值，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡和之前抖動(dòng)軌跡相同，只是運(yùn)動(dòng)速度變慢，未出現(xiàn)抖動(dòng)情況。

3.2 改變Z值

在ABB機(jī)器人MoveL運(yùn)動(dòng)指令中，包括Zonedata（運(yùn)行轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)）參數(shù)（詳細(xì)資料可參考RAPID手冊(cè)），該參數(shù)決定了TCP什么時(shí)候開(kāi)始轉(zhuǎn)彎。如果把Zonedata設(shè)置成5mm,則當(dāng)TCP距離目標(biāo)點(diǎn)5mm時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎過(guò)程中涉及到速度的調(diào)整和變化。如果將Zonedata值設(shè)置太小，則TCP只有很短的一段距離去調(diào)整速度；反之，如果將Zonedata值設(shè)置得大一些，那么TCP將會(huì)有很長(zhǎng)的一段距離進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整速度，并朝下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

機(jī)器人在軌跡數(shù)據(jù)相同的情況下，通過(guò)調(diào)整MoveL指令中Z的取值，分別取1、5、10、15、20、30、40、200，得出機(jī)器人速度曲線(xiàn)對(duì)比圖和機(jī)器人軌跡曲線(xiàn)對(duì)比圖，如圖9、圖10所示。

圖9 機(jī)器人速度曲線(xiàn)對(duì)比

圖10 機(jī)器人軌跡曲線(xiàn)對(duì)比

4 結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人在智能仿形示教系統(tǒng)中復(fù)現(xiàn)軌跡時(shí)，盡管機(jī)器人型號(hào)可能不同，但是其TCP的最大速度總是固定的，無(wú)法改變。因此，解決機(jī)器人抖動(dòng)問(wèn)題的唯一辦法是：示教速度小于機(jī)器人TCP的最大運(yùn)動(dòng)速度，即本文小于7000mm/s。

具體措施是：在數(shù)據(jù)導(dǎo)入機(jī)器人前，首先在智能仿形示教軟件上對(duì)所采集的機(jī)器人軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并判斷該組軌跡數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)速度是否超過(guò)TCP最大運(yùn)動(dòng)速度，如果超過(guò)，則該次采集的軌跡數(shù)據(jù)不符合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的要求，不進(jìn)行導(dǎo)入，刪除數(shù)據(jù)，重新示教；反之，則判定數(shù)據(jù)有效，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工業(yè)機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)示教過(guò)程。

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