工业机器人工作站安装与调试(ABB)课件第3篇任务7-8.pptx

1、任务七 机床上下料工作站安装与调试 本工作站以机床上下料加工为例,利用IRB 120搭载双工位自定心卡盘配合机床上下料工作站套件,实现模拟机床加工上料过程、加工过程、立体库码放过程。本工作站中还通过RobotStudio软件预置了动作效果,在此基础上实现I/O配置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试,最终完成整个机床上下料工作站的模拟机床上料、加工、存料程序的编写。通过本任务学习,使读者掌握工业机器人在机床上下料工作站应用的编程技巧。工作时,落料机构上,推料气缸伸出顶住落料槽上方物料,推料气缸进行伸出,把物料推出落料口。当落料口光电传感器检测到物料后,机器人运动至落料口对工件进行抓取,准

2、备进行模拟机床上料工作。待机器人运动至左侧自定心卡盘后,机器人对PLC进行信号反馈,PLC控制自定心卡盘夹紧,模拟机床加工上料过程,同时落料机构继续供料,机器人再次对工件进行抓取搬运,等待左侧自定心卡盘模拟加工结束后,先进行机床下料操作,再对未加工的工件进行上料操作。同时,把加工完成的工件再搬运至右侧卡盘上进行模拟多工序的机床上下料过程。待加工结束后,机器人把加工完成的工件搬运至立体库进行码放。机床上下料工作站的布局如图7-1所示。图7-1机床上下料工作站布局 机床上下料工装套件采用铝合金及铝型材构建,由落料机构、检料平台、立体库、模拟机床气动卡盘、机器人双爪夹具等组成。可通过PLC程序控制落

3、料机构进行工件毛坯供料。待检测平台下方光电开关检测到有供料工件推出时,机器人手抓移至检料平台对待加工工件进行抓取至模拟机床气动自定心卡盘,进行上下料工作,加工完成后放至立体库,进行零件入库工作。该套件引入机器人典型的上下料工作任务,可对机器人系统、PLC控制系统、传感器、气缸等集成控制进行学习,同时该套件采用双爪夹具,在上料的同时进行下料工作,提高了工作效率,保证加工的工作节拍。在机器人方面,可训练机器人的姿态调整;有干涉区的轨迹示教注意事项;工具坐标的建立;机器人编程中的变量、可变量、条件判断、偏移、等指令的学习。1)基本指令SpeedData、VelSet、AccSet、MoveAbsj的

4、应用。2)上下料夹爪工具坐标的创建。3)机床上下料运行程序的编写。4)机床上下料工作站的调试。SpeedData:速度数据,例如:第1 个参数为v_tcp:机器人线性运行速度,单位为mm/s。第2 个参数为v_ori:机器人重定位速度,单位为/s。第3 个参数为v_leax:外轴线性移动速度,单位为mm/s。第4 个参数为v_reax:外轴关节旋转速度,单位为/s。在机器人运行过程中,无外轴情况下,速度数据中的前两个参数起作用,并且两者相互制约,保证机器人TCP移动至目标位置时,TCP的姿态也恰好旋转到位,所以在调整速度数据时,需要同时考虑两个参数。每条运动指令中都需要指定速度数据,也可以通过

5、速度指令对整体运行进行速度设置。第1 个参数:速度百分比,针对各运动指令中的速度数据。第2 个参数:线速度最高限值,不能超过2000mm/s。VelSet:速度设置指令,例如:此条指令执行后,机器人所有的运动指令均会受其影响,直至下一条VelSet 指令执行。此速度设置与示教器端速度百分比设置相互叠加。例如,示教器端机器人运行速度百分比为50,VelSet 设置的百分比为50,则机器人实际运行速度为两者的叠加,即25%。AccSet:加速度设置指令,例如:第1 个参数:加速度最大值百分比。第2 个参数:加速度坡度值。机器人加速度默认为最大值,最大坡度值,通过AccSet可以减小加速度。上述两个

6、参数对加速度的影响可参考图7-2。图7-2AccSet的图示说明该指令是将机器人各关节运行至0位置。MoveAbsj:绝对运动指令,将机器人各关节轴运动至给定位置。例如:1.工作站硬件配置(1)安装工作站套件准备1)打开模块存放柜找到模拟机床上下料套件,采用内六角扳手拆卸上下料套件。2)把模拟机床上下料套件放至钳工桌桌面,并选择胶枪夹具、胶枪夹具与机器人的连接法兰、安装螺钉(若干)。3)选择合适型号的内六角扳手把上下料套件从套件托盘上拆除。图7-3工具安装(2)工作站安装1)选择合适的螺钉,把上下料套件安装至机器人操作对象承载平台的合理位置(安装位置及方向可自由定义)。2)上下料夹具安装:首先

7、把双爪夹具与机器人的连接法兰安装至机器人六轴法兰盘上,然后再把双爪夹具安装至连接法兰上,如图7-3所示。(3)工作站执行气缸与夹具的气路安装1)把双手爪夹具的弹簧气管与机器人四轴集成气路接口连接。2)把机器人一轴集成气路接口与电磁阀之间用合适的气管连接好,并用扎带固定。3)根据工作站I/O表把工作站中对应的执行气缸的气路,按I/O表符号所示接到对应的电磁阀上,并用扎带固定。(4)上下料工作站I/O信号电路连接PLC控制柜内的配线已经完成,更换不同工作站套件时只需根据工作站的I/O信号配置,对处于机器人操作对象承载平台侧面的集成信号接线端子盒进行接线即可。上下料工作站I/O表见表7-1。表7-1

8、上下料工作站I/O表表7-1上下料工作站I/O表注:PLC控制柜内的配线已经完成,接线端子盒SC01SC08对应PLC电控柜内X07X16、YA01YA08对应PLC电控内Y15Y22;YA08端子已连接至机器人I/O板DSQC652的DO16通道,YA07端子已连接至机器人I/O板DSQC 652的DO15通道。根据上下料工作站I/O表,把工作站传感器及电磁阀的电路与集成信号接线端子盒正确连接,如图7-4所示。图7-4机床上下料工作站接线图(5)工艺要求1)在进行搬运时,机器人运行轨迹要求平缓流畅。2)为提高工作效率,保证加工的工作节拍,机器人配备了双爪夹具,要求在上料的同时能进行下料操作。

9、3)在搬运过程中,对可能产生干涉的区域,需要进行机器人的姿态调整。2.工作站仿真系统配置(1)解压并初始化任务七任务十三中工作站解压、初始化及备份过程参考任务五和任务六。(2)标准I/O板配置将控制器界面语言改为中文并将运行模式转换为手动,然后依次单击“ABB菜单”“控制面板”“配置”,进入“I/O主题”,配置I/O信号。本工作站采用标配的ABB标准I/O板,型号为DSQC 652(16个数字输入,16个数字输出),则需要在DeviceNet Device中设置此I/O单元的Unit相关参数,并在Signal中配置具体的I/O信号参数,配置见表7-2和表7-3。在此工作站中,配置了一个数字输入

10、信号和四个数字输出用于相关动作的控制。表7-2Unit单元参数表7-3I/O信号参数(3)创建工具数据此工作站中,工具部件包含有两个夹具,都是由气缸组成的机构,用于夹持工件。此工具部件为规整性机构,有两种方法可以对其进行工具坐标数据的建立,分别是:第一种直接测量出相关数据进行创建,并通过实际应用进行修正,得出最终坐标数据;第二种是利用三维软件设计出实际工具模型并导入到RobotStudio软件中,利用软件中的工具坐标自动获取。图7-5所示为利用软件自动生成工具坐标系。其最终工具数据参数及数值见表7-4。图7-5机器人的工具坐标系表7-4工具数据参数及数值表7-4工具数据参数及数值(4)创建工件

11、坐标系数据在本工作站中,因上下料点较少,故此处未设定工件坐标系,而是采用系统默认的初始工件坐标系Wobj0(此工作站的Wobj0与机器人基坐标系重合)。(5)创建载荷数据在本工作站中,因上下料工件和工具夹具较轻,故无须设定载荷数据。(6)程序模板导入完成以上步骤后,将程序模板导入该机器人系统中,在示教器的程序编辑器中可进行程序模块的加载,依次单击“ABB菜单”“程序编辑器”,对程序进行加载流程参考任务五。浏览至前面所创建的备份文件夹,选择“MainModule.mod”,再单击“确定”按钮,完成程序模板的导入。3.程序编写与调试(1)工艺要求 在进行搬运时,机器人运行轨迹要求平缓流畅。在上料的

12、同时能进行下料工作,提高了工作效率,保证加工的工作节拍。在搬运过程中,对可能产生干涉的区域,需要进行机器人的姿态调整。(2)程序编写机床上下料工作站的控制流程图如图7-6所示。程序由1个主程序和9个子程序组成,子程序主要包含初始化、拾取工件1、拾取工件2等。本项目中,初始化部分除了机器人回原位、输出信号复位等常规动作外,还加入了速度设置和加速度设置。另外,由于采用了双手爪,因此设置了Gripper_1_1和Gripper_2_1共两个工具坐标,在编程过程中,要注意,不要混乱。图7-6机床上下料工作站的控制流程图主程序如下所示:初始化子程序如下所示:4.示教目标点完成坐标系标定后,需要示教基准目

13、标点。在此工作站中,需要示教原位pHome、拾取工件点pPick1、pPick2、pPickOk1、关节点G1等。由于示教的点数较多,因此本工作站不设置专门用于示教基准目标点的程序,直接利用主程序进行相关点的示教,这里只对程序中前半部分相关点的示教进行演示,其他示教点参照此方法进行示教。其示教手动过程如图7-7图7-12所示。图7-7示教目标点程序图7-8pHome点的示教位置示教目标点时,需要注意,手动操作画面当前使用的工具和工件坐标系要与指令里面的参考工具和工件坐标系保持一致,否则会出现“选择的工具、工件错误”等警告。手动状态下,将主程序逐步运行到pHome、pPick1、pPick2、p

14、PickOk1、关节点G1等位置后选择“修改位置”,将当前位置存储到对应的位置数据存储器里,即完成相关点的示教任务。完成示教基准点后,将工作站复位,单击仿真播放按钮,查看工作站运行状态,若正常则保存该工作站。图7-9pPick1点的示教位置图7-10关节点G1的示教位置图7-11pPick3点的示教位置图7-12pPlaceWait点的示教位置1.CASE应用的扩展在CASE中,若在多种条件下执行同一操作,则可合并在同一CASE中,例如:在实际应用中,可以将I/O信号进行别名处理,即将I/O信号与信号数据做关联,在程序应用过程中直接对信号数据做处理。例如:在实际应用过程中,I/O信号别名处理常

15、见的应用如下:2.I/O信号别名操作1)将通用程序模板应用到各类项目中,由于各个工作站中的I/O信号名称不一致,故在程序模板中将程序中的信号数据与该项目中机器人的实际I/O信号做别名关联,这样无须再更改程序中关于信号的语句。2)真实的I/O信号不能用作数组使用,可以将I/O信号进行别名处理后,将对应别名信号数据定义为数组类型,这样便于相关程序的编写。例如:则在程序中可以直接对信号数据diInPos进行数组处理。1)练习机床上下料常用的I/O配置。2)练习机床上下料目标点示教操作。3)总结机床上下料程序调试的详细过程。任务八 焊接工作站安装与调试 本工作站以对多道焊缝模拟焊接为例,利用IRB 1

16、20搭载TBI robo 7G 45焊枪配合焊接工装套件,实现对多道焊缝进行模拟焊接过程。本工作站中还通过RobotStudio软件预置了动作效果,在此基础上实现I/O配置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试,最终完成典型弧焊应用程序的编写。通过本章学习,使读者掌握工业机器人在焊接工作站应用的编写技巧。焊接工作站布局如图8-1所示。图8-1焊接工作站布局随着汽车、军工及重工等行业的飞速发展,焊接加工呈现小批量化、多样化的趋势。工业机器人和焊接电源所组成的机器人自动化焊接系统,能够自由、灵活地实现各种复杂三维曲线加工轨迹,并且能够把员工从恶劣的工作环境中解放出来,以从事更高附加值的工作。焊

17、接工装套件由多条方形铁质管以及多功能工装夹具套件组成,且表面做过发黑处理。该工作站配有焊枪夹具,整体外形尺寸560mm400mm230mm,由四条30mm30mm270mm工件原材料及八条30mm30mm200mm的工件材料组成。机器人焊枪采用TBI robo 7G 45,可模拟机器人典型弧焊应用,用于练习对多道焊缝焊接对象进行模拟焊接。实训时可根据多功能工装夹具对若干方形特制管进行操作,自由拼接搭建不同的复杂立体形状,采用焊枪夹具对需要焊接的焊缝进行轨迹示教。该工作站在对焊缝进行描绘时,要求机器人焊枪不能撞枪且轨迹要平缓流畅。本任务可对机器人的工装夹具进行拆装实训,对焊接知识进行学习。在机器

18、人方面,可训练在考虑到有干涉区时机器人的夹具及姿态调整,加强基础轨迹示教知识点的学习。1)基本指令IF、FOR、WHILE的应用。2)焊枪工具坐标的创建。3)焊接运行程序的编写。4)焊接工作站的调试。IF:逻辑判断指令指令作用:满足不同条件时,执行对应的程序。应用举例:执行结果:如果reg010条件满足,则执行Set do1指令,将数字输出信号置为1。FOR:循环运行指令指令作用:根据指定的次数,重复执行对应的程序。应用举例:执行结果:重复执行10次routine1里的程序。WHILE:循环运行指令指令作用:如果条件满足,则重复执行对应的程序。应用举例:执行结果:如果变量reg010条件一直成

19、立,则重复执行reg0 加1,直至reg010 条件不成立为止。1.工作站硬件配置(1)安装工作站套件准备1)打开模块存放柜找到模拟焊接套件,采用内六角扳手拆卸模拟焊接套件。2)把模拟焊接套件放至钳工桌桌面,并选择焊枪夹具、焊枪夹具与机器人的连接法兰、安装螺钉(若干)。3)选择合适型号的内六角扳手,把模拟焊接方形钢管工件及工装固定件从套件托盘上拆除。(2)工作站安装1)选择合适的螺钉,把焊接套件安装至机器人操作对象承载平台的合理位置(可自由选择不同数量的焊接方形钢管和固定件,自定义焊接对象的形状、安装位置、方向等)。焊接台如图8-2所示。2)焊枪夹具安装:首先把焊枪夹具与机器人的连接法兰安装至

20、机器人六轴法兰盘上,然后再把焊枪夹具安装至连接法兰上。焊接工具如图8-3所示。图8-2焊接台图8-3焊接工具注:焊接套件与基础学习套件共用一套焊枪夹具。图8-4焊接角度(3)工艺要求1)在进行模拟焊接焊缝轨迹示教时,焊枪姿态尽量满足焊接工艺要求。枪倾角与焊接方向成 010,如图8-4所示。注:焊枪向焊接行进方向倾斜 010时的溶接法(焊接方法)称为“后退法”(与手工焊接相同)。焊枪姿态不变,向相反方向行进焊接的方法称为“前进法”。一般而言,使用“前进法”焊接,气体保护效果较好,可以一边观察焊接轨迹,一边进行焊接操作,因此,多采用“前进法”进行焊接。2)机器人运行焊缝转角处轨迹要求平缓流畅。3)

21、焊丝与工件边缘尽量贴近,且不能与工件接触或刮伤工件表面。2.工作站仿真系统配置(1)解压并初始化(2)标准I/O板配置将控制器界面语言改为中文并将运行模式转换为手动,然后依次单击“ABB菜单”“控制面板”“配置”,进入“I/O主题”,配置I/O信号。本工作站采用标配的ABB标准I/O板,型号为DSQC 652,需要在DeviceNet Device中设置此I/O单元的Unit相关参数,并在Signal中配置具体的I/O信号参数,配置见表8-1和表8-2。表8-1Unit单元参数在此工作站中,配置了一个数字输出用于控制焊枪工作。表8-2I/O信号参数(3)创建工具数据在本工作站应用中,机器人所使

22、用的焊枪工具为不规则形状,这样的工具很难通过测量的方法计算出工具尖点相对于初始工具坐标tool0的偏移,所以通常采用特殊的标定方法来定义新建的工具坐标系。本工作站中使用六点标定法,即前四个点为TCP标定点,后两个点(X、Z点)为方向延伸点,在工件台上预先设置一个尖点工件作为工具数据的示教点进行示教,示例过程参见任务五基础工作站安装与调试的详细介绍,这里不再赘述。表8-3示教后自动生成工具数据NewGun最终在示教器中自动生成工具数据NewGun,见表8-3。(4)创建工件坐标系数据在焊接类应用中,当工件位置偏移时,为了方便移植轨迹程序,需要建立工件坐标系。这样,当发现工件整体偏移后,只需重新标

23、定工件坐标系即可完成调整。在此工作站中,所需创建的工件坐标系如图8-5所示。在图8-5所示的图中,根据3点法,依次移动机器人至X1、X2、Y1点并记录,则可自动生成工件坐标系统Workobject_1。在标定工件坐标系时,要合理选取X、Y轴的方向,以保证Z轴方向便于编程使用。X、Y、Z轴方向符合笛卡尔坐标系,即可使用右手来判定,如图中+X、+Y、+Z所示。其上X1点为坐标轴原点,X2为X轴方向上的任意点,Y1为Y轴上的任意点。具体工件坐标系建立如图8-6图8-8所示。图8-5工件坐标系的设定位置图8-6工件坐标系原点X1设定位置图8-7工件坐标系任意点X2设定位置图8-8工件坐标系任意点Y1设

24、定位置(5)创建载荷数据在本工作站中,因焊枪夹具较轻,故无须设定载荷数据。(6)程序模板导入完成以上步骤后,将程序模板导入该机器人系统中,在示教器的程序编辑器中可进行程序模块的加载,依次单击“ABB菜单”“程序编辑器”,对程序进行加载,流程参照任务五。浏览至前面所创建的备份文件夹,选择“MainModule.mod”,再单击“确定”按钮,完成程序模板的导入。3.程序编写与调试(1)控制流程图机床焊接工作站的控制流程图如图8-9所示。图8-9机床焊接工作站的控制流程图(2)程序编写本任务中,模拟焊接四条焊缝。程序整体结构包含主程序、初始化子程序、第一条焊缝子程序、第二条焊缝子程序、第三条焊缝子程

25、序和第四条焊缝子程序。主程序如下所示:在焊接中,通过启动焊枪和关闭焊枪模拟运行焊接过程,第一条焊缝程序如下所示:4.示教目标点完成坐标系标定后,需要示教基准目标点。在此工作站中,需要示教原位pHome、焊接点pArc1、pArc2、pArc3等。由于示教的点数较多,因此本工作站不设置专门用于示教基准目标点的程序,直接利用主程序进行相关点的示教,这里只对程序中前半部分相关点的示教进行演示,其他示教点参照此方法进行示教。其示教手动过程如图8-10图8-13所示。示教目标点时,需要注意,手动操作画面当前使用的工具和工件坐标系要与指令里面的参考工具和工件坐标系保持一致,否则会出现“选择的工具、工件错误

26、”等警告。图8-10示教目标点程序图8-11pHome点的示教位置在手动状态下,将主程序逐步运行到pArc1、pArc2、pArc3等位置后选择“修改位置”,将当前位置存储到对应的位置数据存储器里,即完成相关点的示教任务。完成示教基准点后,将工作站复位,单击仿真播放按钮,查看工作站运行状态,确认运行状态是否正常,若正常则保存该工作站。图8-12pArc1点的示教位置图8-13pArc3点的示教位置TEST选择指令应用的扩展指令作用:根据指定变量的判断结果,执行对应的程序。应用举例:执行结果:判断reg0数值,若为1则执行routine1,若为2则执行routine2,否则执行Stop。1)练习焊接工作站常用的I/O配置。2)练习焊接相关目标点示教的操作。