基于RobotStudio仿真軟件的ABB工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡程序的設(shè)計(jì)*

楊怡婷 梅燦華 于世楠

(1.天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院,天津 300451;2.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽淮南 232001;3.天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院,天津 300451)

0 引言

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械工程、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、AI人工智能等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的自動(dòng)化設(shè)備[1]。ABB工業(yè)機(jī)器人作為四大家族之一,在搬運(yùn)、碼垛、焊接、裝配、分揀、檢測(cè)等方面應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

RobotStudio是ABB機(jī)器人公司的一款離線編程與仿真的應(yīng)用程序,軟件使用圖形化編程、編輯、調(diào)試系統(tǒng)來(lái)操作機(jī)器人,并能夠模擬優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序。它既是仿真軟件,又是編程軟件;既可以進(jìn)行碰撞監(jiān)測(cè),又可以自動(dòng)生成路徑;既可以創(chuàng)建工作站模擬真實(shí)場(chǎng)景,還可以與真實(shí)的機(jī)器人通信實(shí)現(xiàn)在線作業(yè)[2]。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)描述

本設(shè)計(jì)是要求在RobotStudio仿真軟件中新建一個(gè)虛擬工作站,導(dǎo)入相應(yīng)的機(jī)器人、工具和工件,再創(chuàng)建其工件坐標(biāo)與軌跡程序,最后仿真運(yùn)行機(jī)器人并錄制視頻[3]。

2 建立工作站的方法

第一步要導(dǎo)入機(jī)器人:首先要在RobotStudio軟件中新建一個(gè)工作站:命名為“workstation1”;然后導(dǎo)入機(jī)器人,方法是:基本→ABB模型庫(kù)→IRB120→確定。

第二步要導(dǎo)入工具,方法是:基本→導(dǎo)入模型庫(kù)→設(shè)備→training Objects→my tool,單擊左側(cè)“布局”→選中my tool,按住左鍵,向上拖至IRB120→選擇“是”這樣工具即安裝在機(jī)器人六軸的法蘭盤(pán)上。

第三步是導(dǎo)入工件:這里我們需要導(dǎo)入2個(gè)工件,一個(gè)操作臺(tái)和一個(gè)工件。首先導(dǎo)入操作臺(tái),方法是:基本→導(dǎo)入模型庫(kù)→設(shè)備→propeller table;再選中左側(cè)“布局”中的IRB120→右鍵→顯示機(jī)器人工作區(qū)域;最后選中布局中的table→在Freehand工具欄中選定“大地坐標(biāo)”→點(diǎn)擊“←→”移動(dòng)→按箭頭移動(dòng)table的位置。然后再導(dǎo)入操作對(duì)象-工件,方法是:基本→導(dǎo)入模型庫(kù)→設(shè)備→curve thing。

接著利用兩點(diǎn)法將工件擺放在table上,方法是:單擊左側(cè)“布局”→選中curve thing→右鍵→位置→放置→兩點(diǎn),選擇上方的“捕捉工具”→選中“選擇部件”和“捕捉末端”,再單擊“主點(diǎn)一從”第一個(gè)坐標(biāo)框→對(duì)齊工件和table的兩點(diǎn)→單擊應(yīng)用即可。

第四步建立機(jī)器人系統(tǒng),方法是:基本→機(jī)器人系統(tǒng)→從布局→修改名稱(chēng)位置后→下一個(gè)→完成。這樣,一個(gè)完整的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)就初步創(chuàng)建好了,如圖1所示。

3 創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)

這里創(chuàng)建工件坐標(biāo)的方法不是利用虛擬示教器來(lái)操作的,而是使用選項(xiàng)卡里的工具來(lái)進(jìn)行的。方法步驟如下:(1)在“基本”選項(xiàng)卡里選擇“其他”,再選擇“創(chuàng)建工件坐標(biāo)”;(2)修改左側(cè)工件坐標(biāo)名稱(chēng)為“wobj1”,選“用戶(hù)坐標(biāo)框架”中的“取點(diǎn)創(chuàng)建框架”→下拉菜單→三點(diǎn);(3)在上方的捕捉工具中單擊“選擇表面”“捕捉末端”;(4)將鼠標(biāo)選中“X軸的第一點(diǎn)”的第一個(gè)坐標(biāo),再將鼠標(biāo)指向table的第一個(gè)點(diǎn)、第二個(gè)點(diǎn)、第三個(gè)點(diǎn),同時(shí)可以觀察到三點(diǎn)坐標(biāo)值的變化, 然后單擊“accept”→“創(chuàng)建”,此時(shí)可以拉近“table”觀察到新創(chuàng)建的X-Y-Z坐標(biāo)系;同時(shí)還單擊左側(cè)的“路徑與目標(biāo)點(diǎn)”,即可看到工件坐標(biāo)中新增的wobj1,如圖1所示為三點(diǎn)法創(chuàng)建的機(jī)器人工件坐標(biāo)。

圖1 三點(diǎn)法創(chuàng)建機(jī)器人工件坐標(biāo)Fig.1 Three-point method to create robot workpiece coordinates

4 創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡程序

當(dāng)我們建立好工具坐標(biāo)和工件坐標(biāo)之后,就可以控制機(jī)器人帶著末端執(zhí)行器的工具在指定的工件上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的程序設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)是要求工業(yè)機(jī)器人沿著工件propeller table的4條邊行走一圈,最后回到終點(diǎn)。

4.1 創(chuàng)建程序的方法

首先在“基本”選項(xiàng)卡里找到“路徑”,選擇空路徑,即生成空路徑“path_10”;

接下來(lái)就要開(kāi)始走運(yùn)動(dòng)軌跡了:

(1)先確定第一個(gè)起始點(diǎn):通過(guò)指令“MoveJ*,v100,fine,Mytool,wobj1”,MoveJ是機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令,對(duì)路徑的精度已全部是很高,也不要求路徑是一條直線[4]。再選擇上方“Freehand”中的“手動(dòng)關(guān)節(jié)”,變換關(guān)節(jié)位姿,將機(jī)器人工具拖至合適的位置,作為起點(diǎn),最后單擊上方的“示教指令”,即生成第一個(gè)軌跡路徑。

(2)第二個(gè)點(diǎn),即table第一個(gè)角點(diǎn):選擇上方“Freehand”中的“手動(dòng)線性”,將機(jī)器人工具拖至第一個(gè)角點(diǎn),移動(dòng)過(guò)程中可縮放、3D旋轉(zhuǎn)調(diào)整,最后單擊“示教指令”即生成第二個(gè)軌跡路徑。

(3)第三個(gè)點(diǎn),即table的第二個(gè)角點(diǎn):沿著table做直線運(yùn)動(dòng),需將下方的指令切換為“MoveL*,v100,fine,Mytool,wobj1”, MoveL是機(jī)器人的線性運(yùn)動(dòng)指令,它要求從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑必須為一條直線。再拖動(dòng)機(jī)器人至第二角點(diǎn),單擊“示教指令”即生成第二個(gè)軌跡路徑。

(4)同理,示教table第三、四角點(diǎn),再由第四角點(diǎn)返回至第一角點(diǎn),生成第四、五、六個(gè)軌跡路徑。

(5)最后,將機(jī)器人從第一個(gè)角點(diǎn),拖回至終點(diǎn),此時(shí)指令要切換為“MoveJ*,v100,fine,Mytool,wobj1”,單擊“示教指令”生成第七個(gè)路徑。

(6)右鍵單擊左側(cè)“path_10”→“自動(dòng)配置”→“所有移動(dòng)指令”,對(duì)新建的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行系統(tǒng)配置,如果軌跡存在錯(cuò)誤,這里會(huì)有提示。

(7)最后右鍵單擊“path_10”→“沿著路徑運(yùn)動(dòng)”,就可以觀察生成的軌跡運(yùn)動(dòng)。

4.2 操作注意事項(xiàng)

(1)進(jìn)行手動(dòng)線性操作時(shí),如果關(guān)節(jié)接近極限而無(wú)法拖動(dòng)時(shí),可以通過(guò)單軸運(yùn)動(dòng)適當(dāng)調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)。

(2)在整個(gè)示教過(guò)程中,若機(jī)器人無(wú)法到達(dá)工件,也可以調(diào)整工件的位置。

(3)在整個(gè)示教過(guò)程中,由于RobotStudio軟件是二維的操作界面,所以為了保證定位的準(zhǔn)確性,要不斷地調(diào)整視角進(jìn)行觀察[5],如圖2所示。

圖2 生成的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.2 Generated robot trajectory

4.3 仿真運(yùn)行機(jī)器人及錄制視頻

RobotStudio軟件中內(nèi)置了視頻錄制的功能,使用視頻錄制功能可以直接將機(jī)器人仿真運(yùn)行動(dòng)畫(huà)錄制成MP4格式的視頻文件,用戶(hù)只要在任意一臺(tái)安裝有MP4格式文件解碼軟件的電腦或者移動(dòng)設(shè)備上,都可以查看機(jī)器人仿真運(yùn)行效果[6]。操作步驟為:基本→同步→同步到RAPID,在對(duì)話(huà)框?qū)ⅰ肮ぷ髯鴺?biāo)”“工具坐標(biāo)”“路徑”均勾選上→確定,單擊上方“仿真”→仿真設(shè)定→單擊機(jī)器人T_ROB1→進(jìn)入點(diǎn)選中剛才新建的“path_10→關(guān)閉”,這時(shí)單擊“播放”即可觀看仿真結(jié)果;選擇文件菜單→選項(xiàng)→屏幕錄像機(jī)→更改文件位置及文件名稱(chēng),最后在仿真選項(xiàng)里選擇“仿真錄像”→播放,就可以查看保存的視頻文件了。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是以仿真軟件RobotStudio為基礎(chǔ),在建立的虛擬工作站中導(dǎo)入ABB機(jī)器人、工具和工件,創(chuàng)建其工件坐標(biāo)與運(yùn)動(dòng)軌跡程序,并進(jìn)行仿真運(yùn)行和視頻的錄制,詳細(xì)介紹了RS軟件的知識(shí)和技能操作,有效利用了RS軟件平臺(tái),模擬真實(shí)場(chǎng)景,提高工作效率。