关于提升工业机器人运行效率的三点问题探究

陈子洋 杨梦寒 崔岳

摘要：在不断推进“中国制造2025”的国家战略过程中，大力发展智能制造产业是重中之重。工业机器人作为智能制造体系中的执行级机构，被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，是衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志，已成为全球新一轮科技和产业革命的重要切入点。在机器人的操作过程中，无论编程思路、示教定点等技术细节上都有很多方面可以提升。笔者根据平时的学习和工作积累，就工业机器人运行效率的提升，提出几点探索。

关键词：工业机器人、空间轨迹规划、模块化、安全点（HOME点）。

引言：随着高新科技的不断发展，工业机器人已是工业自动化中应用最多的产品之一。且工业机器人具有高稳定性、高效率、高精度、多环境适应性等特点，开始取代人工。工业机器人属于密集行业，且对从业人员专业技术经验和技能要求水平较高。从业人员普遍缺少能够对不同生产线进行调试的能力，以及对工业机器人的运行空间进行轨迹划，模块化编写程序等解决实际工艺的思路。

1  基于工业机器人运动控制系统简介

工业机器人的发展历程

库卡、ABB、安川、发那科是目前国际上主流的机器人“四大家族”。1973年，德国库卡公司（KUKA）研发出第一台产业机器人。1974年，瑞典通用电机公司（ABB公司的前身）开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人。1977年，安川研发出日本首台全电气式产业用机器MOTOMAN。FANUC可追溯到最早大概1956年。

1.2我国工业机器人发展状态

我国工业机器人技术起步较晚，但是相对发展的较快，突出增强自主创新能力这一条主线，使我国工业机器人快速进入了产业化阶段。近些年我国机器人产飞速发展，我国在精密装配机器人和多关节机器人等领域的研究逐渐缩小了与世界先进水平的差距，中国也在迈向制造大国，工业强国。

1.3 工业机器人未来发展趋势

智能化时代的到来，工业机器人已在越来越多的领域得到了广泛应用，从近几年世界机器人推出的产品来看，视觉识别技术在机器人上的应用已经成为智能化方向的主流。今后可能会通过机器人AI算法使机器人采用多种传感技术来提升工艺的复杂度，更好的提升生产线的自动化率。机器人末端卡具，很大一部分都更换成了方便的快换卡具，使机器人可完成的工艺更多。工业机器人技术正在向智能化和系统化的方向发展，主要为程序系统的模块化、结构化、控制技术的智能化，不断方便的编程语言和较好的空间轨迹规划与防碰撞安全点。

1.4 基于工业机器人运动控制系统简介

随着科技的不断发展，工业机器人已经进入到了工业自动化的各个行业，种类也很多例如焊接、喷涂、装配、码垛、雕刻等种类。原因是机器人有多运动自由度三个平移方向与机器三个平移方向的旋转。有三种运动插补方式：直线、关节、圆弧插补三种方式，使用得当可使机器人运动姿态更加灵活美观，还有许多相关指令还可以进行各种条件判断。机器人运动控制最重要的莫过于机器人空间轨迹規划与防碰撞安全点。

2  关于工业机器人提升运行效率的编程设计

2.1基于工业机器人安全点运用

对于机器人安全点的运用，安全点通俗讲就是机器人不会与外围设备发生碰撞的点，最初的安全点我们称之为HOME点。多安全点就是在各个设备旁边再多示教一个安全点，也是为了保证绝对安全。这些多安全点可使机器运行更加安全，一般都会用到直线插补方式，回到HOME点的时候才会用到关节插补。

这是要放置工件的两条程序，这是将0赋给位置寄存器PR[2]的Z方向数据清零。点P[3]在这里是必须放在P[2]前一句才可以和点P[2]同时进行偏移是因为要先经过防碰撞安全点后才可以放在目标点。同时多安全点的设计思路，也是机器人轨迹优化和模块化编程的基础。

2.2 基于工业机器空间轨迹规划使用

对于空间轨迹规划的使用，空间规划对于优化程序极为重要，在优化过的轨迹里面应该学会巧妙地运动用关节插补与直线插补来进行优化。可大幅缩减程序的编写，如图

这是取放件程序，前面两个防碰撞安全点PTP（关节插补），之后就是偏移指令进行放件，注意在放工件是一定要用直线插补以防发生碰撞。

2.3   基于工业机器人模块化编程

模块化（代指封装好的子程序）的编程，既能够实现多安全点的设计思路，又能够满足空间轨迹规划进行优化。模块化的结构就是将一套完整的工艺组成某几个部分将这几个部分在串联起来组成一套完整的流程，循环嵌套IF判断执行子程序。其次就是将经常用到的HOME点设置成为全局变量，这样在每个子程序之前都可以进行保护，每个子程序中也可以加上单独属于自己程序的局部变量安全点，以防止后期出现冲突，该点也不会在别的程序中执行。

模块化的编程是将一对多变成一对一，每个都进行“封装”，这些就是主程序里面进行跳转执行的目标。或者将重复用到的指令也“封装”起来之后再去重复调用这些块，既可以大大节省CPU循环扫描，提升响应时间，也可以大大降低出错率，节约资源。

3  结语

随着科技的不断创新，工业机器人的种类越来越多，适用行业也越来越多。工业机器人在工业自动化中的地位越来越重要，工业机器人体积相对庞大并且与要建立交互的设备也越来越多，所以在给机器人编程的时候，对于机器人的空间轨迹规划的优化考虑及其多安全点的建立至关重要。不仅使机器人的安全性提高而且相对优化的路径更能发挥出机器人的性能，从而为智能制造产业的效率提升和竞争力提高，做出基础保障。

作者简介：陈子洋（1999- ），男，河北省石家庄人。现为河北岳勋环保设备有限公司员工。机器人，智能制造自动化专业工程师。2018年参加河北省工业机器人比赛。2019年9月、11月，分别获得河北省智能制造一等奖、全国智能制造二等奖。

参考文献：

1.黄风. 工业机器人应用案例集锦. 北京：化学工业出版社， 2017

2.黄风. 工业机器人编程指令详解. 北京：化学工业出版社， 2017

3.范凯. 机器人学基础. 北京：机械工业出版社， 2019

4.韩鸿銮，蔡艳辉，卢超. 工业机器人现场编程与调试. 北京：化学工业出版社， 2017

5.余任冲. 工业机器人应用案例入门. 北京：电子工业大学出版社， 2017

6.张培艳. 工业机器人操作与应用实践教程. 上海：上海交通大学出版社，2009

7.崔岳. 工业机器人现场编程. 廊坊：廊坊职业技术学院校本教材，2021