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工業(yè)機(jī)器人設(shè)備系統(tǒng)的拆解分析

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關(guān)鍵詞: 工業(yè)機(jī)器人,設(shè)備系統(tǒng)

      工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中到底扮演一個(gè)什么樣的角色呢?可以這樣比喻:機(jī)器人在設(shè)備中扮演的是左腦和雙手的角色,雙手是執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)械手臂,但是為什么說是左腦呢?其實(shí)機(jī)器人這左腦本可以將整臺(tái)設(shè)備的控制全部承擔(dān)起來,但機(jī)器人的編程用的是高級(jí)語言,沒有PLC的編程在工業(yè)控制中來的輕松容易,所以右半腦大多時(shí)候還是由在工業(yè)控制中的霸主PLC來扮演。

      那左右半腦和雙手這三者各自在設(shè)備集成中又是如何體現(xiàn)自我價(jià)值的,而他們之間又存在著什么樣的聯(lián)系呢?接下來我想接著用些通俗易懂的語言來把上述問題大概的解釋一下。

      先來介紹一下左腦吧,我們說的左腦即機(jī)器人的控制柜,內(nèi)部存儲(chǔ)著機(jī)器人控制的全部程序,我們實(shí)際中主要應(yīng)用的有兩大塊:一是根據(jù)設(shè)備編寫機(jī)器人程序;二是靈活使用機(jī)器人各類坐標(biāo)系。

      機(jī)器人程序

      由于在設(shè)備使用中我們只能看到機(jī)器人在按照既定的軌跡行走,所以常常會(huì)有人有疑問:機(jī)器人軌跡大部分既然由機(jī)械類軟件生成,那么你們?cè)O(shè)備集成的關(guān)于機(jī)器人還有什么好做的?其實(shí)機(jī)器人的程序分為兩大塊,控制程序和軌跡程序,而軌跡程序只是機(jī)器人整個(gè)程序中等待被調(diào)用的數(shù)據(jù)包,控制程序才是真正的主角。一般來說,控制程序包括與PLC的通訊、對(duì)軌跡的調(diào)用、安全區(qū)域設(shè)定、防撞、中斷、報(bào)警等各類功能,由于每個(gè)功能的詳述都要占很大的篇幅,可以在以后的文章中逐漸展開。

      接下來要說的就是坐標(biāo)系了,雖然各家的工業(yè)機(jī)器人命名不同或者功能上有些花哨的小技巧,但實(shí)際上使用的核心坐標(biāo)系是一樣的,主要包括:工具坐標(biāo)系,用戶坐標(biāo)系,世界坐標(biāo)系這三大類。工具坐標(biāo)系是將坐標(biāo)系建立在機(jī)器人手臂末端所加持的工具的最前端尖點(diǎn)上的,是隨著工具的移動(dòng)和姿態(tài)轉(zhuǎn)變而不停的變化的,不同的工具也有不同坐標(biāo)系。用戶坐標(biāo)系是將坐標(biāo)系建立在機(jī)器人的操作對(duì)象上的,可能是用來夾持固定產(chǎn)品的胎具,也可能是等待焊接的汽車外殼,對(duì)此可以打個(gè)比喻:如果說機(jī)器人的工具是機(jī)械手臂拿著的筆,那么用戶坐標(biāo)系就是就作業(yè)本,作業(yè)本規(guī)定了你寫字的范圍。用戶坐標(biāo)系的作用當(dāng)然不止于此,當(dāng)設(shè)備發(fā)生了碰撞導(dǎo)致工作臺(tái)偏移,這時(shí)你只需要重新對(duì)機(jī)器人示教用戶坐標(biāo)系即可,在實(shí)際使用中是非常實(shí)用的功能。

      世界坐標(biāo)系就是以機(jī)器人底座中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,有一個(gè)非常通俗易懂的名稱:大地坐標(biāo)系。有此命名是有原因的,因?yàn)槠渌淖鴺?biāo)系都是經(jīng)過偏移計(jì)算在她的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換而來的而且不能被改動(dòng),所以像是大地母親一般,被尊稱為大地坐標(biāo)系。

      左腦就先大概的介紹到這里,右腦的出現(xiàn)讓對(duì)高級(jí)語言編程叫苦不迭的工程師們大大的松了一口氣,他就是我們工業(yè)領(lǐng)域里耳熟能詳?shù)腜LC(可編程邏輯控制器)。

      PLC這個(gè)右腦在整個(gè)設(shè)備中相當(dāng)于家庭中好媽媽的角色:她的關(guān)心面面俱到。首先,她要和左腦控制柜通訊,要發(fā)號(hào)施令:機(jī)器人收到的各類控制信號(hào)都是從這里發(fā)出;要用心傾聽:機(jī)器人的反饋信號(hào)都要在這里得到處理;其次,PLC還要是個(gè)好的管家婆,因?yàn)檎自O(shè)備中的外圍設(shè)備:轉(zhuǎn)臺(tái)、電主軸、冷水機(jī)、真空泵,安全光柵等都要在這里得到控制。最后,PLC還要懂得放權(quán),給誰?控制面板。因?yàn)樗邮湛刂泼姘迳细黝惪刂瓢粹o被按下后傳來的信號(hào),還要將自己的報(bào)警信息傳到控制面板的顯示屏上,由工程師來解決。由此可見,PLC在工業(yè)控制中的霸主頭銜絕對(duì)名副其實(shí)。

      下面要介紹的這雙手絕對(duì)是勤勞敬業(yè)的雙手,有著“24小時(shí)連續(xù)工作、不吃飯、不鬧情緒、不要求漲工資的雙手”的美譽(yù),他就是我們的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——機(jī)械手臂。

      機(jī)械手臂在整臺(tái)設(shè)備中是一個(gè)絕對(duì)服從的上級(jí)指令的士兵角色,但是又擁有超越士兵的優(yōu)點(diǎn):精準(zhǔn)和高效。有三點(diǎn)是我想分享的:第一,機(jī)械手臂會(huì)準(zhǔn)確無誤的到達(dá)每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn),嚴(yán)格按照編好的軌跡程序完成給定任務(wù),站在這些表面上不起眼的能力背后的是精準(zhǔn)的剎車系統(tǒng)和高速的運(yùn)算系統(tǒng);第二,機(jī)械手臂會(huì)根據(jù)所受外力的大小與自身能承受的極限進(jìn)行比較,從而在撞到產(chǎn)品或者設(shè)備時(shí)及時(shí)報(bào)警以避免對(duì)設(shè)備造成損害。第三,現(xiàn)今各大機(jī)器人廠商都開始根據(jù)不同的用途和功能對(duì)自家機(jī)器人細(xì)分:搬運(yùn)、切割、弧焊、點(diǎn)焊、涂膠等,設(shè)備集成商就可以從設(shè)備功能出發(fā)選購,基本不會(huì)在出現(xiàn)“大材小用”和“不夠用”的情況了。

      左右腦和雙手角色詮釋完了,接下來就簡要的談?wù)勊麄內(nèi)齻€(gè)之間又存在的聯(lián)系吧。

      首先左右腦之間是靠通信來保持信息互通的,相互之間的命令下達(dá)和即時(shí)反饋是必須的。PLC和機(jī)器人之間的通訊種類較多,包括Modbus,Profibus-DP,Devicenet和Ethernet,又比較繁復(fù),根據(jù)不同的通信協(xié)議有不同的程序編寫方法。這里就拿Ethernet(工業(yè)以太網(wǎng))作為一個(gè)簡單的例子用幾個(gè)比喻來分析一下:PLC和機(jī)器人的通信我們比作兩人互相送禮物(這禮物就是打包好的命令字),那么有很多種通信方式就是有很多條路,首先需要雙方都選定Ethernet這條路才能互相找到對(duì)方的家,然后等禮物送到后就是拆禮物,禮物拆開后根據(jù)不同的命令字執(zhí)行不同的任務(wù),就是這樣。一般用到兩臺(tái)機(jī)器人以上的設(shè)備,機(jī)器人之間的通訊也采用這樣的方式。然后再看左右腦和雙手的關(guān)系,很明顯,我們知道右腦PLC是一個(gè)間接的控制,而左腦控制柜就才是雙手的直接命令發(fā)布者,包括機(jī)械手臂上馬達(dá)的得電和失電,軌跡程序的調(diào)用與執(zhí)行,加一個(gè)激光測刀槽即可實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)換刀;那PLC的間接控制是如何實(shí)施的呢?通過剛才我們說的“禮物包”里的命令字,轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的布爾量,然后再有機(jī)器人條件的滿足去調(diào)用軌跡,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手臂的控制。

    (審核編輯: 小王子)

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