CN112157409A - 基于abb120的自动装配线程序设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于ABB120的自动装配线程序设计方法，包括建立工具坐标系，工件坐标系是以工件为基准来描述TCP运动的虚拟笛卡尔坐标系，将全部作业要求编制成控制系统能够识别的命令，并输入到控制系统，ABB工业机器人程序采用的是模块式结构，模块式结构的程序由多个模块组成，其中一个模块负责对其他模块的组织与调度，这一模块被称为主模块或主程序，其他模块称为子模块或子程序，通调用子程序可以用于机器人作业控制，普通调用子程序还可以用于系统的其他处理，用位置偏置函数命令Offs改变程序点TCP位置数据robtarget中的XYZ位置数据pos，偏移程序点的X、Y、Z坐标值，本发明，具有实用性强和对于复杂环境也可以灵活应对的特点。

Description

基于ABB120的自动装配线程序设计方法

技术领域

本发明涉及基于ABB120的自动装配线程序设计方法技术领域，具体为基于ABB120的自动装配线程序设计方法。

背景技术

2019年我国机器人市场分布中，有达66％的工业机器人份额，其中装配及拆卸工业机器人销量约为2.3万台，虽然如此，仍有很多的应用场景没有实现柔性化，工业机器人的装配能力与期望差距较大，需要加强人和机器人之间的合作装配，将传统的固有的自动化流程，升级为可交互的，可灵活识别的复杂物体，可控制的方式，可应用于装配的流水线生产，进一步加强柔性装配，由于工业机器人的运用当中，机器人大多是按照既定的作业程序进行装配操作，物体的初始及终止姿态也是之前就有的，产品质量取决于生产的定位精度，在高质量固定生产线与柔性生产下降、成本增加，两者之间的矛盾，寻求一个相对平衡的解决办法，众多专家积极地将机器视觉与机器人相结合，实现工业机器人能够在拥有“眼睛”，实时了解工作环境的变化，调整相应动作，保质保量的完成既定工作任务，生产制造业对机器人智能性、自主性要求的不断提高，示教编程和预编程无法满足需求，让机器人拥有“眼睛”，自主感知外部环境获取位置信息，因此加入视觉系统变的尤为重要，仿真技术的应用也可以大大地减少装配线开发成本和开发周期，由于用机器人进行装配不仅可以提高装配的精度和装配的效率，还可以使人从那些枯燥的共作中解放出来，进一步改善人的工作环境，因此，设计实用性强和对于复杂环境也可以灵活应对的基于ABB120的自动装配线程序设计方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供基于ABB120的自动装配线程序设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于ABB120的自动装配线程序设计方法，包括第一步，建立工具坐标系，在机器人使用不同的工具作业时，只需要改变工具坐标系，就能保证TCP到达指令点，而无需对程序进行其他修改，在执行任务时，机器人的动作就是将TCP所在位置移动到编程中所指定的位置，指令中所规定的速度与点的位置，就是TCP点在工件坐标系中的速度与位置。移动工具数据设定，主要分为工作坐标系原点位置测定和工具姿态测定，原点位置测定首先需要在大地坐标系上建立一个测试基准位置，然后给定4个不同工具姿态不同、但TCP点均位于测试基准位置上的关节位置型测试点Pos1、Pos2、Pos3、Pos4，这样通过机器人手腕基准坐标系上的位置值，完成工作坐标系原点数据项tframe.Trans的设定，4个测试点的关节位置变化量越大，测定结果就越准确，工具姿态测定，测定时所需要给定工具姿态保持2或3个关节位置：如工具坐标系的X、Y轴方向与机器人手腕基准坐标系相同，则测定时只需要给定工具坐标系原点、工具坐标系+Z轴上任意一点Zpos；如工具坐标系的X、Y轴方向与机器人手腕基准坐标系不同，则需要给定工作坐标系原点、工具坐标系+Z轴上的任意一点Zpos、工具坐标系+X轴上任意一点Xpos。这样，便可以通过机器人在测试点的绝对定位运动，由控制系自动测试、计算工具坐标系的方位四元数，完成工具坐标系方位数据项tframe.rot，按照上述方法，在ABB120工业机器人的本体上，确定法兰盘上所带有的工具的坐标系；

根据上述技术方案，第二步，工件坐标系是以工件为基准来描述TCP运动的虚拟笛卡尔坐标系，工件坐标系的建立，有利于机器人对不同工件，执行相同任务作业时，只需要进行工件坐标系的转换即可，那么就可以实现工具TCP到达下一个目标点，不必再去改动程序内容，工件坐标系的设定方法：在所需建立的对象平面上，设定三个点就可以建立一个对应的工件坐标，三个点为，首先确定坐标原点为X1点，接着确定坐标的X正方向即为X2点，最后确定坐标的Y正方向即为Y1点，还有最后一条原则，就是该坐标系要满足右手原则；

根据上述技术方案，第三步，将全部作业要求编制成控制系统能够识别的命令，并输入到控制系统，控制系统通过连续执行命令，使机器人完成所需要的动作；

根据上述技术方案，第四步，ABB工业机器人程序采用的是模块式结构，模块式结构的程序由多个模块组成，其中一个模块负责对其他模块的组织与调度，这一模块被称为主模块或主程序，其他模块称为子模块或子程序，主模块包含有作业的主程序及主要子程序的模块，主模块以MODULE、ENDMODULE作为起始、结束标记，起始行后一般为主模块注释、程序数据定义指令、主程序、子程序、子程序模块，最后为主模块结束标记，主模块的程序数据定义通常包括工具坐标系、工件坐标系、作业参数及机器人TCP移动目标位置、特殊速度等，主程序是用来组织、调用子程序的管理程序，每一个主模块都需要一个主程序。主程序以PROC、ENDPORC作为起始、结束标记，其结构如下：

根据上述技术方案，第五步，普通调用子程序可以用于机器人作业控制，普通调用子程序还可以用于系统的其他处理，需要通过RAPID执行管理指令调用，程序执行管理指令有一次性执行和循环执行两大类，并可以利用无条件执行、条件执行、重复执行等指令来选择子程序所采用的调用方式，

无条件调用：直接在程序行编写子程序名称，当系统执行至该程序行时，便可跳转至指定的子程序继续执行；

重复调用：普通子程序的重复调用，可通过重复执行指令FOR来实现，子程序调用指令(子程序名称)可编写在程序行FOR至ENDFOR之间，省略STEP选项时，则默认加1或减1，除此之外均要给出计数增量；

条件调用：条件调用主要有IF条件调用和TEST条件调用，IF条件调用，可采用多种形式编程，例如：“IF-THEN”、“IF-THEN-ELSE”、“IF-THEN-ELSEIF-THEN-ELSE”，IF调用只需要满足条件即可调用子程序并且ELSE后被跳过，否则则执行ELSE后程序，TEST条件调用可通过对TEST测试数据的检查，按照CASE指定的值，执行不同的指令，程序中的CASE使用次数不受限制；

根据上述技术方案，第六步，RAPID程序数据总体分为基本型、复合型和等同型，基本型数据数据有数值型(num)、字节型(byte)、逻辑状态型(bool)、字符串型(string)等，复合型数据由多个数据复合而成，用来复合的数据既可以是基本型数据，也可以为其他复合型数据；

根据上述技术方案，第七步，用位置偏置函数命令Offs改变程序点TCP位置数据robtarget中的XYZ位置数据pos，偏移程序点的X、Y、Z坐标值，命令的执行结果同样为位置型数据，编程格式如下：

Offs(Point，XOffset，YOffset，ZOffset)；n_Place:＝Offs(PC_screw_Place，0，0，0)；

根据上述技术方案，第八步，用DI状态检测函数来检测命令参数所制定的DI信号状态，根据DI信号的“1”或“0”状态，命令执行结果为逻辑状态(bool)数据“TRUE”或“FALSE”，用于作为IF指令判断条件使用，并可使用NOT、AND、OR等逻辑运算表达式，示例如下：

IF D652_DI12＝1AND D652_DI14＝1THEN；

根据上述技术方案，第九步，通过系统对指定DI点的状态检查来决定程序是否继续执行，DI读写等待指令，未有添加项时，系统必须等待DI条件满足，才能继续执行后续指令，示例如下：

WaitDI D652_DI11，1；

根据上述技术方案，第十步，用输出控制指令来定义DO点的输出状态，输出状态可为ON(1)、OFF(0)或将现行状态取反，用输出控制指令来定义DO点的输出状态，输出状态可为ON(1)、OFF(0)或将现行状态取反，示例如下：

Set D652_DO07；Reset D652_DO11；

根据上述技术方案，第十一步，自动装配线的任务完成被分解为三个子任务：

a.搬运任务：搬运装配体任务所使用的工具为气动夹爪，该任务模块所实现的功能主要有：

(1)将放置在零件台上的待装配的主体搬运到固定位置；

(2)将已装配好的部件搬运到传送带上；

程序结构设计：机器人作业原点→工件抓取预定位→抓取工件→抓取预定位→放置预定位→放置位置→退出回原点，在抓取位、放置位气爪分别输出ON信号、OFF信号，气缸推出动作信号为ON；

b.零件识别及装配任务：零件识别及装配任务实现的主要功能有：

(1)根据动作顺序判断出装配零件和盖板；

(2)对吸取的零件采用工业相机拍照识别，识别出零件姿态并进行调整；

(3)对工件装配位置判断；

程序结构设计：机器人作业原点→工件抓取点上方→抓取工件→提升工件→判断机器人工步(→视觉预定位→调整工具姿态)→转移工件→放置工件→退出回原点，此过程中在抓取位、放置位吸盘分别为ON、OFF，开关光源为ON、OFF信号；

c.打螺丝任务：机器人打螺丝任务实现的主要功能有：

(1)到指定工位吸取螺丝，并转移到安装位；

(2)将螺丝安装到装配体的四个指定位置；

程序结构设计：机器人作业原点→螺丝预定位→接近螺丝→低速到达定位→吸取螺丝→提升转移螺丝→到达安装位→打螺丝→循环四次→退出回原点。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：对于复杂环境也可以灵活应对，本发明，

(1)离线编程技术应用于程序设计中任务分为三个子任务进行结构程序设计，分析了实现功能所需要的机器人动作，以及辅助装备的配合，合理的设置信号的输入与输出。RAPID语言中的调用程序很方便的实现，多次重复的动作，完成循环的动作；

(2)自动装配线加入的视觉识别系统对于复杂环境也可以灵活应对，能够使得工具坐标系的误差相对稳定，进行相应的SMART组件设计，配置相应的信号输入输出，在工作站中进行了工具坐标系与工件坐标系的标定，尤其是TCP的标定，采用了四点法，四种姿态设定，有效地提高了离线编程的准确性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的设计方法流程示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供技术方案：基于ABB120的自动装配线程序设计方法，包括第一步，建立工具坐标系，在机器人使用不同的工具作业时，只需要改变工具坐标系，就能保证TCP到达指令点，而无需对程序进行其他修改，在执行任务时，机器人的动作就是将TCP所在位置移动到编程中所指定的位置，指令中所规定的速度与点的位置，就是TCP点在工件坐标系中的速度与位置。移动工具数据设定，主要分为工作坐标系原点位置测定和工具姿态测定，原点位置测定首先需要在大地坐标系上建立一个测试基准位置，然后给定4个不同工具姿态不同、但TCP点均位于测试基准位置上的关节位置型测试点Pos1、Pos2、Pos3、Pos4，这样通过机器人手腕基准坐标系上的位置值，完成工作坐标系原点数据项tframe.Trans的设定，4个测试点的关节位置变化量越大，测定结果就越准确，工具姿态测定，测定时所需要给定工具姿态保持2或3个关节位置：如工具坐标系的X、Y轴方向与机器人手腕基准坐标系相同，则测定时只需要给定工具坐标系原点、工具坐标系+Z轴上任意一点Zpos；如工具坐标系的X、Y轴方向与机器人手腕基准坐标系不同，则需要给定工作坐标系原点、工具坐标系+Z轴上的任意一点Zpos、工具坐标系+X轴上任意一点Xpos。这样，便可以通过机器人在测试点的绝对定位运动，由控制系自动测试、计算工具坐标系的方位四元数，完成工具坐标系方位数据项tframe.rot，按照上述方法，在ABB120工业机器人的本体上，确定法兰盘上所带有的工具的坐标系；

第二步，工件坐标系是以工件为基准来描述TCP运动的虚拟笛卡尔坐标系，工件坐标系的建立，有利于机器人对不同工件，执行相同任务作业时，只需要进行工件坐标系的转换即可，那么就可以实现工具TCP到达下一个目标点，不必再去改动程序内容，工件坐标系的设定方法：在所需建立的对象平面上，设定三个点就可以建立一个对应的工件坐标，三个点为，首先确定坐标原点为X1点，接着确定坐标的X正方向即为X2点，最后确定坐标的Y正方向即为Y1点，还有最后一条原则，就是该坐标系要满足右手原则；

第三步，将全部作业要求编制成控制系统能够识别的命令，并输入到控制系统，控制系统通过连续执行命令，使机器人完成所需要的动作；

第四步，ABB工业机器人程序采用的是模块式结构，模块式结构的程序由多个模块组成，其中一个模块负责对其他模块的组织与调度，这一模块被称为主模块或主程序，其他模块称为子模块或子程序，主模块包含有作业的主程序及主要子程序的模块，主模块以MODULE、ENDMODULE作为起始、结束标记，起始行后一般为主模块注释、程序数据定义指令、主程序、子程序、子程序模块，最后为主模块结束标记，主模块的程序数据定义通常包括工具坐标系、工件坐标系、作业参数及机器人TCP移动目标位置、特殊速度等，主程序是用来组织、调用子程序的管理程序，每一个主模块都需要一个主程序。主程序以PROC、ENDPORC作为起始、结束标记，其结构如下：

第五步，普通调用子程序可以用于机器人作业控制，普通调用子程序还可以用于系统的其他处理，需要通过RAPID执行管理指令调用，程序执行管理指令有一次性执行和循环执行两大类，并可以利用无条件执行、条件执行、重复执行等指令来选择子程序所采用的调用方式：

无条件调用：直接在程序行编写子程序名称，当系统执行至该程序行时，便可跳转至指定的子程序继续执行；

重复调用：普通子程序的重复调用，可通过重复执行指令FOR来实现，子程序调用指令(子程序名称)可编写在程序行FOR至ENDFOR之间，省略STEP选项时，则默认加1或减1，除此之外均要给出计数增量；

条件调用：条件调用主要有IF条件调用和TEST条件调用，IF条件调用，可采用多种形式编程，例如：“IF-THEN”、“IF-THEN-ELSE”、“IF-THEN-ELSEIF-THEN-ELSE”，IF调用只需要满足条件即可调用子程序并且ELSE后被跳过，否则则执行ELSE后程序，TEST条件调用可通过对TEST测试数据的检查，按照CASE指定的值，执行不同的指令，程序中的CASE使用次数不受限制；

RAPID程序数据总体分为基本型、复合型和等同型，基本型数据数据有数值型(num)、字节型(byte)、逻辑状态型(bool)、字符串型(string)等，复合型数据由多个数据复合而成，用来复合的数据既可以是基本型数据，也可以为其他复合型数据；

第六步，用位置偏置函数命令Offs改变程序点TCP位置数据robtarget中的XYZ位置数据pos，偏移程序点的X、Y、Z坐标值，命令的执行结果同样为位置型数据，编程格式如下：

Offs(Point，XOffset，YOffset，ZOffset)；n_Place:＝Offs(PC_screw_Place，0，0，0)；

第七步，用DI状态检测函数来检测命令参数所制定的DI信号状态，根据DI信号的“1”或“0”状态，命令执行结果为逻辑状态(bool)数据“TRUE”或“FALSE”，用于作为IF指令判断条件使用，并可使用NOT、AND、OR等逻辑运算表达式，示例如下：

IF D652_DI12＝1AND D652_DI14＝1THEN；

第八步，通过系统对指定DI点的状态检查来决定程序是否继续执行，DI读写等待指令，未有添加项时，系统必须等待DI条件满足，才能继续执行后续指令，示例如下：

WaitDI D652_DI11，1；

第九步，用输出控制指令来定义DO点的输出状态，输出状态可为ON(1)、OFF(0)或将现行状态取反，用输出控制指令来定义DO点的输出状态，输出状态可为ON(1)、OFF(0)或将现行状态取反，示例如下：

Set D652_DO07；Reset D652_DO11；

第十步，自动装配线的任务完成被分解为三个子任务：

a.搬运任务：搬运装配体任务所使用的工具为气动夹爪，该任务模块所实现的功能主要有：

(3)将放置在零件台上的待装配的主体搬运到固定位置；

(4)将已装配好的部件搬运到传送带上；

程序结构设计：机器人作业原点→工件抓取预定位→抓取工件→抓取预定位→放置预定位→放置位置→退出回原点，在抓取位、放置位气爪分别输出ON信号、OFF信号，气缸推出动作信号为ON；

b.零件识别及装配任务：零件识别及装配任务实现的主要功能有：

(1)根据动作顺序判断出装配零件和盖板；

(2)对吸取的零件采用工业相机拍照识别，识别出零件姿态并进行调整；

(3)对工件装配位置判断；

程序结构设计：机器人作业原点→工件抓取点上方→抓取工件→提升工件→判断机器人工步(→视觉预定位→调整工具姿态)→转移工件→放置工件→退出回原点，此过程中在抓取位、放置位吸盘分别为ON、OFF，开关光源为ON、OFF信号；

c.打螺丝任务：机器人打螺丝任务实现的主要功能有：

(1)到指定工位吸取螺丝，并转移到安装位；

(2)将螺丝安装到装配体的四个指定位置；

程序结构设计：机器人作业原点→螺丝预定位→接近螺丝→低速到达定位→吸取螺丝→提升转移螺丝→到达安装位→打螺丝→循环四次→退出回原点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第一步，建立工具坐标系。

2.根据权利要求1所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第二步，工件坐标系是以工件为基准来描述TCP运动的虚拟笛卡尔坐标系。

3.根据权利要求2所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第三步，将全部作业要求编制成控制系统能够识别的命令，并输入到控制系统。

4.根据权利要求3所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第四步，ABB工业机器人程序采用的是模块式结构，模块式结构的程序由多个模块组成，其中一个模块负责对其他模块的组织与调度，这一模块被称为主模块或主程序，其他模块称为子模块或子程序。

5.根据权利要求4所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第五步，普通调用子程序可以用于机器人作业控制，普通调用子程序还可以用于系统的其他处理。

6.根据权利要求5所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第六步，RAPID程序数据总体分为基本型、复合型和等同型。

7.根据权利要求6所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第七步，用位置偏置函数命令Offs改变程序点TCP位置数据robtarget中的XYZ位置数据pos，偏移程序点的X、Y、Z坐标值。

8.根据权利要求7所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第八步，用DI状态检测函数来检测命令参数所制定的DI信号状态，根据DI信号的“1”或“0”状态，命令执行结果为逻辑状态(bool)数据“TRUE”或“FALSE”。

9.根据权利要求8所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第九步，通过系统对指定DI点的状态检查来决定程序是否继续执行。

10.根据权利要求9所述的基于ABB120的自动装配线程序设计方法，其特征在于：第十步，用输出控制指令来定义DO点的输出状态，输出状态可为ON(1)、OFF(0)或将现行状态取反，自动装配线的任务完成被分解为三个子任务：

a.搬运任务；

b.零件识别及装配任务；

c.打螺丝任务。

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