歐惠玲

摘 要 工業(yè)機(jī)器人作為一個(gè)機(jī)電一體化設(shè)備應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)。在技工院校的辦學(xué)專業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)作為一個(gè)新型專業(yè)，具有良好的發(fā)展前景。同時(shí)，機(jī)器人編程也是學(xué)習(xí)機(jī)器人關(guān)鍵的一環(huán)。讀者可以通過(guò)對(duì)工作站的建立，到虛擬仿真軟件Robogide的使用，以及示教器與機(jī)器人本體上的應(yīng)用，把工業(yè)機(jī)器人編程的理論和實(shí)訓(xùn)結(jié)合起來(lái)，直觀感受法那科工業(yè)機(jī)器人編程的教與學(xué)。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人;示教編程;工作站;仿真;教與學(xué)

前言

與其他品牌的機(jī)器人相比，F(xiàn)ANUC機(jī)器人的編程、示教、使用規(guī)范等是最細(xì)致的，學(xué)習(xí)FANUC機(jī)器人編程后對(duì)學(xué)生自學(xué)其它品牌的機(jī)器人會(huì)變得輕松。下面主要探討FANUC六關(guān)節(jié)機(jī)器人編程的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。

1建立滿足教學(xué)需求的一體化機(jī)器人實(shí)訓(xùn)場(chǎng)室

FANUC工業(yè)機(jī)器人它可重復(fù)編程，是多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具來(lái)完成各種作業(yè)。為符合工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的建設(shè)目標(biāo)和滿足教學(xué)需求，需要建立一體化機(jī)器人實(shí)訓(xùn)場(chǎng)室。建成的實(shí)訓(xùn)室包括工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工作站實(shí)訓(xùn)室、工業(yè)機(jī)器人離線仿真與夾具設(shè)計(jì)室、機(jī)器人機(jī)械拆裝室、機(jī)器人電氣拆裝室。通過(guò)系統(tǒng)的課程訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的組成、離線編程、調(diào)度，示教器使用以及設(shè)備拆裝方面的知識(shí)和技能。

按照工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)的特點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)室按照理論實(shí)操一體化形式進(jìn)行建設(shè)，融合了多種實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的考慮，提供了眾多實(shí)驗(yàn)案例和典型應(yīng)用。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)室內(nèi)部包括理論教學(xué)區(qū)、工具集中管理區(qū)、生產(chǎn)線工作區(qū)。便于學(xué)生、老師熟悉和掌握工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用。

建成的機(jī)器人場(chǎng)室能滿足30人/班的教學(xué)班需求，學(xué)生在這里能進(jìn)行實(shí)體的機(jī)器人操作，也能對(duì)機(jī)器人進(jìn)行拆裝練習(xí)，不僅能對(duì)機(jī)器人的機(jī)械部分熟悉，還能對(duì)電氣部分也掌握，全面認(rèn)識(shí)機(jī)器人的功能、應(yīng)用和結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生直觀感受FANUC機(jī)器人坐標(biāo)、定點(diǎn)、示教和編程的技術(shù)，加深了學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)知了解[1]。

2離線編程——虛擬仿真軟件Robogide的使用

機(jī)器人的編程分為離線編程和在線編程兩種方式。離線編程時(shí)，在 PC 上安裝 FANUC 的編程軟件，即可以實(shí)現(xiàn)離線編程。Robogide是一款FANUC自帶的系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)和動(dòng)作模擬的一個(gè)三維仿真軟件，試用版只能用30天。它可以在不使用真實(shí)機(jī)器人的情況下，能輕松地設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)。它操作方便，可以把Robogide 中的 TP 程序與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人的 TP 程序相互導(dǎo)入和導(dǎo)出，所以可以用Robogide做離線編程，然后將程序?qū)氲綑C(jī)器人本體，或?qū)F(xiàn)場(chǎng)的程序?qū)氲絉obogide。

當(dāng)前Robogide的主界面是英文版，學(xué)生在剛接觸這個(gè)軟件時(shí)，對(duì)英文不熟悉，使用英文軟件是有抗拒，需要按操作步驟一步一步的進(jìn)行引導(dǎo)，讓他們慢慢熟悉Robogide的操作，建立仿真環(huán)境后，示教器可以切換到中文界面。同時(shí)，學(xué)生沒(méi)有編程基礎(chǔ)，對(duì)程序算法沒(méi)有概念，在教學(xué)過(guò)程中，要通過(guò)各種案例增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生掌握這個(gè)軟件的使用方法。學(xué)生可以通過(guò)計(jì)算機(jī)操作仿真軟件學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)，仿真與現(xiàn)實(shí)操作是有差距的，但仿真操作可以讓學(xué)生把大部分要“犯的錯(cuò)”都在仿真軟件上驗(yàn)證一遍，在真正操作機(jī)器人時(shí)避免發(fā)生意外和損害。下面以機(jī)器人點(diǎn)、圓弧指令的應(yīng)用為例，在TP上，創(chuàng)建程序后，進(jìn)行點(diǎn)的記錄，如圖1所未為J指令的應(yīng)用：

在對(duì)“點(diǎn)”進(jìn)行示教時(shí)，學(xué)生對(duì)J、L、C 的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型不是很理解，要通過(guò)結(jié)合實(shí)物進(jìn)行講解教學(xué);在講授關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)J和直線運(yùn)動(dòng)L時(shí)，要明確兩者的區(qū)別，使用關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能減少運(yùn)行時(shí)間，直線運(yùn)動(dòng)的速度要稍低于關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，機(jī)器人走直線時(shí)，有可能會(huì)經(jīng)過(guò)奇異點(diǎn)，這時(shí)有必要使用附加運(yùn)動(dòng)指令或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)方式改為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方式。

在這條指令中，終止類(lèi)型“FINE”和“CNT” （CNT0=FINE）也是一個(gè)難點(diǎn)，可借助圖2幫助學(xué)生理解。

在起弧開(kāi)始和起弧結(jié)束的地方用FINE作為運(yùn)動(dòng)終止類(lèi)型，這樣做可以使機(jī)器人精確運(yùn)動(dòng)到起弧開(kāi)始和起弧結(jié)束的點(diǎn)處。繞過(guò)工件的運(yùn)動(dòng)使用 CNT作為運(yùn)動(dòng)終止類(lèi)型，可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)看上去更連貫。Robogide通過(guò)顯示機(jī)器人的可達(dá)范圍，確定機(jī)器人與周邊設(shè)備擺放的相對(duì)位置，保證可達(dá)，同時(shí)，還可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，使機(jī)器人遠(yuǎn)離限位位置，保持良好的工作姿態(tài)[2]。

3在線編程——示教器與機(jī)器人本體的對(duì)話

當(dāng)前FANUC機(jī)器人的仿真軟件編寫(xiě)的程序可以直接導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，但程序的每一個(gè)工作點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)必須進(jìn)行重新示教。機(jī)器人在線編程時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)使用示教器直接進(jìn)行操作。示教器通過(guò)電纜與控制柜連接，應(yīng)用機(jī)器人本體手動(dòng)操縱、程序創(chuàng)建、程序的測(cè)試執(zhí)行、參數(shù)配置以及監(jiān)控都會(huì)使用示教器。

下面以機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡編程為例，把示教器和機(jī)器人聯(lián)合起來(lái)，進(jìn)一步分析機(jī)器人編程中最簡(jiǎn)、最短的路徑。任務(wù)要求：機(jī)器人從HOME點(diǎn)出發(fā)，接受到啟動(dòng)信號(hào)DI101后，開(kāi)始對(duì)圖3-1“公雞”簡(jiǎn)筆畫(huà)進(jìn)行涂膠，DO101是噴槍的啟?？刂菩盘?hào);機(jī)器人完成一次工作后回到HOME點(diǎn)自動(dòng)停止。

要尋求機(jī)器人的最高工作效率，在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡上盡可能少斷續(xù)點(diǎn)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡盡可能連續(xù)。經(jīng)過(guò)分析，圖3-2是完成涂膠過(guò)程的軌跡分析，在雞冠選取從P2點(diǎn)出發(fā)順時(shí)針“繪制”雞冠后再?gòu)腜2點(diǎn)->P13點(diǎn)“繪制”雞身，可以讓雞冠、雞身都從P2點(diǎn)開(kāi)始，既保持了動(dòng)作的連續(xù)，也不會(huì)讓機(jī)器人頻繁啟停噴槍。所以公雞簡(jiǎn)筆畫(huà)的噴涂順序是：雞冠->雞身->雞嘴->眼睛->雞腳->翅膀->尾巴。在圖3-2 中P20、P21本身就是繪制雞身時(shí)的定位點(diǎn)，也是繪制腳時(shí)的點(diǎn)，重復(fù)利用P20、P21是為了讓機(jī)器人的定點(diǎn)更少，減少編程定點(diǎn)的工作量。定好點(diǎn)以后，把TP打到ON的位置，按下使能鍵+SHIFT+FWD鍵，機(jī)器人就能按照定好的點(diǎn)進(jìn)行繪制。通過(guò)示教器與機(jī)器人的操作，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況。

對(duì)于一些帶有弧度的短小距離軌跡，如圖中雞腳部分，可以利用直線指令的CNT 過(guò)渡方式，結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用圓弧指令，但相對(duì)定義的點(diǎn)就會(huì)多一部分。

另外，在繪制圓弧中可以用C指令和A指令，C指令和A指令都是三點(diǎn)畫(huà)弧，每段弧指令不能超過(guò)1800 ，C指令和A指令的區(qū)別在于C指令以上一條指令的結(jié)束點(diǎn)作為起點(diǎn)，A指令指定哪三個(gè)點(diǎn)畫(huà)弧，一段弧必須有三個(gè)A指令出現(xiàn)，否則會(huì)報(bào)錯(cuò);C指令畫(huà)弧時(shí)的速度只能指定一個(gè)，A指令可以分別指定每?jī)牲c(diǎn)間畫(huà)弧的速度。如果連續(xù)畫(huà)多段弧時(shí)，用A指令比較方便。

4工業(yè)機(jī)器人編程的理論和實(shí)訓(xùn)相結(jié)合

以機(jī)器人J1、J2、J3、J4、J5、J6軸為例，機(jī)器人的每條軸都由一個(gè)伺服電機(jī)控制的，伺服電機(jī)連著旋轉(zhuǎn)編碼器，將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置反饋給控制系統(tǒng)。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，讓學(xué)生觀察機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)行情況，然后結(jié)合機(jī)器人本體的實(shí)際操作，動(dòng)手操作體會(huì)，用右手定則，讓學(xué)生明X+、Y+、Z+的方向。在教學(xué)過(guò)程中，以具體的工作任務(wù)為導(dǎo)向，能夠讓學(xué)生從任務(wù)中學(xué)到工業(yè)機(jī)器人方面的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)對(duì)工作任務(wù)的完成，使用學(xué)生達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用的目的，提高其實(shí)際應(yīng)用技能，并使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、獨(dú)立思考的習(xí)慣，與實(shí)際工作密切相關(guān)，以提高學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人新知識(shí)和新技能的興趣。如搬運(yùn)、涂膠、分揀、激光焊接等實(shí)訓(xùn)進(jìn)行直觀教學(xué)，讓學(xué)生有一定的成就感，提高學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)拓創(chuàng)新思維。

5結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人可以按編好的程序運(yùn)行，已為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大的幫助。技工院校作為人才的培養(yǎng)基地，應(yīng)立足于為行業(yè)、為企業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的專業(yè)應(yīng)用型人才，如何在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)中提高學(xué)生的技能水平是一項(xiàng)亟待探討的工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)紅.工業(yè)機(jī)器人操作與編程技術(shù)（FANUC）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018：107.

[2] 李智，陳帆，胡菡，等.項(xiàng)目式教學(xué)在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，（2）：97-101.