楊曉華， 楊 旭

(成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 成都 611731)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，各種信息技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，推動(dòng)著社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步，尤其是自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。在物流倉庫中貨車卸貨搬運(yùn)及貨物碼垛入庫，運(yùn)用伸縮系統(tǒng)進(jìn)入貨車內(nèi)部，解決貨車內(nèi)部卸貨難題[1]。機(jī)器人的應(yīng)用能夠替代人工作業(yè)適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,并且其操作精準(zhǔn)性高,保證了生產(chǎn)的質(zhì)量[2]。智能工程抓取的總體設(shè)計(jì)思路做成了一系列成本低、性價(jià)比高、實(shí)用性高的工業(yè)機(jī)器人[3]。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷提高,機(jī)器人具有高柔性、高效率與高精準(zhǔn)性，使得機(jī)器人在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[4]。碼垛搬運(yùn)機(jī)器人由于它工作范圍大、動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、能抓取靠近機(jī)座的物體等特點(diǎn)，所以在醫(yī)藥、石化等領(lǐng)域的物料的碼垛、搬運(yùn)當(dāng)中廣泛應(yīng)用[5]。在自動(dòng)化物流生產(chǎn)線上,碼垛搬運(yùn)機(jī)器人的出現(xiàn)大大節(jié)省了人力、物力，加快了生產(chǎn)速度，成為企業(yè)普遍引進(jìn)的對象。大部分研究者只是對其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而對機(jī)器人編程研究得較少。本文主要針對工業(yè)機(jī)器人編程進(jìn)行分析探討。

1 問題提出

工業(yè)機(jī)器人碼垛搬運(yùn)貨物時(shí)，使用示教的方法編寫程序，占用機(jī)器人的時(shí)間較長，勞動(dòng)強(qiáng)度較大并且通用性較差，一旦貨物的擺放位置和形狀改變就需要重新示教。通過在教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可以利用高級編程循環(huán)指令進(jìn)行程序優(yōu)化?，F(xiàn)在以搬運(yùn)工作站，從庫里面把方塊抓出來，按照要求進(jìn)行擺放來探討For循環(huán)指令的應(yīng)用，如圖1所示。

圖1 搬運(yùn)工作站

2 KUKA工業(yè)機(jī)器人高級編程指令(For)簡介

計(jì)數(shù)循環(huán)(For)的定義：For循環(huán)是一種可以通過規(guī)定重復(fù)次數(shù)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)指令的控制結(jié)構(gòu)。

2.1 循環(huán)指令格式

DECL INT counter； 定義counter變量為整數(shù)型

.......； 可以編寫相應(yīng)的指令

For counter = 1 TO 3 Step 1； Step 1表示遞增計(jì)數(shù)(循環(huán)一次，計(jì)數(shù)增加1)

......； 循環(huán)內(nèi)容

ENDFOR； 循環(huán)結(jié)束

2.2 循環(huán)指令的原理

(1)循環(huán)計(jì)數(shù)器的起始值要進(jìn)行初始化：counter=1

(2)循環(huán)計(jì)數(shù)器在ENDFOR時(shí)會(huì)以步幅STEP遞增計(jì)數(shù)(當(dāng)遞增為1時(shí)，可以省略不寫)。

(3)檢查進(jìn)入循環(huán)的條件：計(jì)數(shù)變量小于等于指定的終值，循環(huán)又從FOR行開始循環(huán)計(jì)數(shù)，變量大于指定的終值結(jié)束循環(huán)，繼續(xù)運(yùn)行ENDFOR行后面的程序。

3 4×4方塊擺放程序的設(shè)計(jì)

本文主要以教學(xué)用的搬運(yùn)工作站，擺放4行4列方塊，兩方塊中心在X、Y方向距離為80 mm來探討For循環(huán)指令的應(yīng)用，如圖2所示。

圖2 4×4擺放方塊

3.1 抓取方塊的程序

擺放的方塊從庫里面抓取的位置始終是不變的，可以把抓取方塊的路徑編寫在一個(gè)程序里面，作為子程序調(diào)用，本文程序編寫都基于工具坐標(biāo)系Tool[10]：pick和基坐標(biāo)系(工件坐標(biāo)系)Base[10]：block，基坐標(biāo)系定義沿工作臺(tái)橫向?yàn)閅(右正、左負(fù))縱向?yàn)閄(前正、后負(fù))，上下為Z(向上為正、向下為負(fù))，方塊在庫中位置，如圖1所示。

DEF pick ( )；程序名稱

N1：SPTP HOME Vel=100% DEFAULT；機(jī)器人HOME點(diǎn)

N2：SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10]pick Base[10]：block；避讓點(diǎn)(避讓點(diǎn)的多

少根據(jù)外圍設(shè)備情況進(jìn)行示教取點(diǎn)，這里只取了一個(gè)避讓點(diǎn))

N3：SPTP P2 Vel=0.2 m PDAT2 Tool[10]pick Base[10]：block；預(yù)抓取點(diǎn)

N4：SLIN P3 Vel=0.2 m CPDAT3 Tool[10]pick Base[10]：block；抓取點(diǎn)

N5：wait time=1； 等待1秒，確保抓取點(diǎn)的準(zhǔn)確性

N6：PULSE 208 'jia' State=TRUE Time=1 sec；抓取動(dòng)作信號(hào)

N7：SLIN P2 Vel=0.2 m CPDAT2 Tool[10]pick Base[10]: block； 返回預(yù)抓取點(diǎn)

N8：SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10]pick Base[10]: block；避讓點(diǎn)

N9：SPTP HOME Vel=100% DEFAULT；機(jī)器人HOME點(diǎn)

3.2 示教方法編寫4×4擺放方塊的程序

示教編程指由人工引導(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行器(安裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)末端的夾持器、工具、焊槍、噴槍等)，或用示教盒(與控制系統(tǒng)相連接的一種手持裝置，用以對機(jī)器人進(jìn)行編程或使之運(yùn)動(dòng))完成程序的編制來使機(jī)器人完成預(yù)期的動(dòng)作。下面采用示教編程完成4×4擺放方塊的程序編寫，由于程序過長，只列舉了第1個(gè)、第2個(gè)和第16個(gè)方塊的示教程序。

DEF displaying( )； 程序名稱

方塊一 N1:pick ( )； 調(diào)用抓取方塊程序

N2:SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

N3:SPTP P2 Vel=100% PDAT2 Tool[10] Base[10]； 預(yù)釋放點(diǎn)

N4:SLIN P3 Vel=0.2 m CPDAT3 Tool[10] Base[10]；釋放點(diǎn)

N5:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點(diǎn)的準(zhǔn)確性

N6:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動(dòng)作信號(hào)

N7:SLIN P2 Vel=0.2 m CPDAT2 Tool[10] Base[10]； 返回預(yù)釋放點(diǎn)

N8:SPTP P1 Vel=100% PDAT1 Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

方塊二 N9:pick ( ) ； 調(diào)用抓取方塊程序

N10:SPTP P4 Vel=100% PDAT4 Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

N11:SPTP P5 Vel=100% PDAT5 Tool[10] Base[10]； 預(yù)釋放點(diǎn)

N12:SLIN P6 Vel=0.2 m CPDAT6 Tool[10] Base[10]；釋放點(diǎn)

N13:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點(diǎn)的準(zhǔn)確性

N14:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動(dòng)作信號(hào)

N15:SLIN P5 Vel=0.2 m CPDAT5 Tool[10] Base[10]； 返回預(yù)釋放點(diǎn)

N16:SPTP P4 Vel=100% PDAT4 Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

……

……

……

方塊16: NN: pick ( ) ；調(diào)用抓取方塊程序

NN:SPTP PX1Vel=100% PDATX1Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

NN:SPTP PX2Vel=100% PDATX2Tool[10] Base[10]； 預(yù)釋放點(diǎn)

NN:SLIN PX3Vel=0.2 m CPDATX3Tool[10] Base[10]；釋放點(diǎn)

NN:wait time=1； 等待1秒，確保釋放點(diǎn)的準(zhǔn)確性

NN:PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec；釋放動(dòng)作信號(hào)

NN:SLIN PX2Vel=0.2 m CPDATX2Tool[10] Base[10]； 返回預(yù)釋放點(diǎn)

NN:SPTP PX1Vel=100% PDATX1Tool[10] Base[10]； 避讓點(diǎn)

從示教的程序來看需要搬運(yùn)的貨物越多程序就越復(fù)雜，并且示教編程所花的時(shí)間也比較長，當(dāng)貨物之間的位置、數(shù)量改變后又需要重新編程，程序通用性較差。

3.3 高級循環(huán)指令(For)優(yōu)化4×4擺放方塊的程序

DEF displaying()； 程序名稱

N1：decl e6pos a[4,4]； 聲明數(shù)組變量用于存儲(chǔ)擺放方塊的位置

N2：decl int b，c； 聲明整數(shù)變量

N3：INI； 初始化

N4：b=0； 給變量賦值

N5：c=0； 給變量賦值

N6：for b=1 to 4； 從1開始循環(huán)到4終止(擺放的行數(shù)循環(huán))

N7：for c=1 to 4； 從1開始循環(huán)到4終止(擺放的列數(shù)循環(huán))

N8：a[b,c]=xp1； 把示教xp1的位置賦給a[b,c]數(shù)組，示教位置，如圖2所示

N9：a[b,c].x=a[b,c].x+80×(b-1)； 80表示兩個(gè)方塊中心在X方向的距離。

N10：a[b,c].y=a[b,c].y+80×(c-1)； 80表示兩個(gè)方塊中心在Y方向的距離。

N11：a[b,c].z=a[b,c].z+100； 數(shù)組a[b,c]位置坐標(biāo)在z方向位置加100 mm

N12：endfor；結(jié)束y方向循環(huán)

N13：endfor；結(jié)束x方向循環(huán)

注釋：以上的For循環(huán)進(jìn)行擺放位置計(jì)算并保存在數(shù)組中

N14：for b=1 to 4；從1開始循環(huán)到4終止(擺放的行數(shù)循環(huán))

N15：for c=1 to 4；從1開始循環(huán)到4終止(擺放的列數(shù)循環(huán))

N16： pick ( )；調(diào)用抓取子程序。

N17： sptp a[b,c]； 預(yù)釋放點(diǎn)(位置存儲(chǔ)在數(shù)組a[b,c]里面)

N18： slin_rel{z-100}； 釋放點(diǎn)(在數(shù)組a[b,c]位置上向z的負(fù)方向偏移100 mm)

N19： wait time=1；等待1秒，確保釋放點(diǎn)的準(zhǔn)確性

N20： PULSE 209 'fang' State=TRUE Time=1 sec； 釋放動(dòng)作信號(hào)

N21： slin_rel{z+100}；返回預(yù)釋放點(diǎn)(在數(shù)組a[b,c]位置上向z的正方向偏移100 mm)

N22：endfor； 結(jié)束y方向循環(huán)

N23：endfor； 結(jié)束x方向循環(huán)

N24：End

注釋：以上的For循環(huán)完成方塊的擺放

4 結(jié)束語

此研究以KUKA工業(yè)機(jī)器人碼垛搬運(yùn)作業(yè)為對象，應(yīng)用For循環(huán)指令進(jìn)行程序優(yōu)化。通過對碼垛貨物程序中For循環(huán)次數(shù)和X、Y方向之間的距離進(jìn)行修改，可實(shí)現(xiàn)不同行數(shù)列數(shù)貨物的碼垛搬運(yùn)作業(yè)，減少示教編程占用機(jī)器人的大量時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。應(yīng)用For循環(huán)優(yōu)化過的碼垛搬運(yùn)程序具有模塊化、易懂、清楚明了、可讀性、通用性、良好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)。該程序還可以延伸，增加一個(gè)For循環(huán)實(shí)現(xiàn)不同層數(shù)貨物的碼垛功能。