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机器人和库卡论文范文

《库卡机器人ROBOTART自动搬运程序设计》

该文是机器人和库卡硕士论文开题报告范文和程序设计有关本科论文范文.

摘要：设计是以Robotart为控制系统,编辑搬运程序,库卡机器人成为被控制器,实现搬运过程.文中通过Solidworks软件辅助Robotart软件建立控制界面以及控制轨迹,进行编写程序,随后与库卡机器人相互通讯,达到设计轨迹与机器人运转的一致.实验结果表明,通过Robotart能够完美设计库卡机器人的前进、后退、旋转,达到机器人搬运的效果.

关键词：Robotart ;Solidworks ;库卡机器人

设计以库卡机器人为基础,设计出搬运程序.在大型的的工厂里,物件的运输、配送也是一大问题,人工搬运会浪费劳动力且效率也相较低下,如果使用机器人搬运速度与效率会有显著地提升.在大型的工厂中建立一条自动化产业链,那么无疑会省下诸多人工的操作,降低产品的总体成本,获得更大的收益,让企业能够更好更快的发展.在建立一条自动化产业链后,产品原料的通过机器人搬运到运输带,经运输带传送至焊接或安装机器人的旁边进行安装、焊接.在传送到组装机器人身边进行组装,然后传送至搬运机器及包装机器人身边进行包装搬运,配送至成品集装仓库中.这一套生产方式至少可以节约5名人工,企业的操作工程师通过机器人对机器人的算法,程序的调试和定位系统的调整完美的实现人与机器人,电脑与机器人,机器人与机器人之间的通讯,而本次设计就是进行人与机器人的对接,通过人工设计程序,实现对机器人操控,使得机器人能够完成对物体的抓取、释放,能够达到预期的效果.

设计所用到的实验设备有ROBOTART,Solidworks 2014绘图软件.

SolidWorks 2014提供的AutoCAD模拟器,它不仅具有CAD的绘图功能,更是能够将绘制的物体通过三维立体的方式展现出来,能够更加方便的更改数据,更叫方便的观察与体现实物模拟,使得实验效果更佳逼真,更能达到预期的效果[1].此次设计由于物块,工作台,抓手工具与现实物体差异较大,所以通过 Solidworks 2014绘图软件对物块,工作台,抓手工具进行3D模拟绘制.

模型绘制：

（1）搬运物模型绘制

①打开SolidWorks 2014绘图工具进入首页,打开新建,点击“单一设计零部件的三维立体展示”按钮,然后点击确认;

②在左边浏览树中选择上基准面,点击工具栏中的“草图”按钮,选择“边角矩形”按钮,然后画一个长方形;

③画完长方形后,点击“智能尺寸”按钮,根据测量的实体物块,改为长140mm,宽70mm,然后点击“退出草图”按钮;

④点击工具栏中的“特征”按钮,选择“拉伸凸台/基体”按钮,拉伸60mm,确定按住Ctrl键,鼠标左键选择物块表面,在弹出的对话框中选择染色按钮,选择蓝色对物块进行染色,然后模型绘制后保存格式均为“.STP”.[9]这种格式能够成功在RobotArt这个软件中使用.

（2）工作台模型的绘制

①打开SolidWorks 2014绘图工具进入首页,打开新建,点击“单一设计零部件的三维立体展示”,然后点击确认;

②在左边浏览树中选择上基准面,点击工具栏中的“草图”按钮,选择“边角矩形”按钮,然后画一个长方形;

③画完长方形后,点击“智能尺寸”按钮,根据测量的实体物块,改为长485mm,宽20mm,然后点击“退出草图”按钮,选择“拉伸凸台/基体”按钮,拉伸为高940mm;

④旋转长方体,选择上表面,点击工具栏中的“草图”按钮,选择“边角矩形”按钮,然后画一个长为300mm,宽为485mm的长方形,选择“拉伸凸台/基体”按钮,拉伸宽度为45mm;

⑤最后在工作台底部添加一块长方体,保障工作台的稳定性;

⑥根据上述绘制长宽高分别为480mm,392mm,610mm的工作台2.

（3）抓手工具的绘制

量取好实际中的抓手数据,然后在SolidWorks中进行绘制,步骤如下：

①打开新建,点击“单一设计零部件的三维立体展示”,然后点击确认;

②在左边浏览树中选择上基准面,点击工具栏中的“草图”按钮,选择“圆周”图样按钮,然后画一个圆形;

③画完圆形后,点击“智能尺寸”按钮,根据测量的实体物块,改变圆形的尺寸,然后点击“退出草图”,选择“拉伸凸台/基体”按钮对图形进行一定规模的拉伸;

④旋转上述旳图形,选择上表面,点击工具栏中的“草图”按钮,选择“边角矩形”按钮,然后画一个长方形,点击“退出草图”,选择“拉伸凸台/基体”按钮进行拉伸;

⑤重复操作第四步.

ROBOTART2018企业版

RobotArt是工业机器人离线编程仿真软件,它是由中国的北京华航唯实机器人科技股份有限公司推出[2].RobotArt 2018企业版这个软件能够根据几何数模的拓扑信息生成机器人运动轨迹,然后根据设计的机器人进行环境搭建、轨迹设计、轨迹仿真、路径优化、后置代码生成等一系列操作,同时在仿真中场景渲染、动画输出于一体,可以快捷的生成效果与现实极为相符的的模拟动画.RobotArt这个软件被广泛应用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等领域[3].

ROBOTART2018企业版的主要功能有：

①支持多种格式的三维立体模型,可导入扩展名为是stp等格式的三维立体模型文件;

②支持多种品牌工业机器人进行于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等离线编程操作,如ABB、ADTECH、EFORT、EPSON、埃斯顿自动化、Fanuc、GSK、KUKA、华数机器人、因高科技、Yaskawa、Staubli、KEBA系列、新时达、广数等）;

③能够自动识别与搜索三维立体模型或者CAD模型的点、线、面的信息然后按照操作的路徑自动生成轨迹;

④ 轨迹与三维立体模型或者CAD模型特征相互关联,以便达到模型的运动或发生形变,轨迹也能够随之自动发生变化;

⑤轨迹设计完成后,能够通过软件中某些按钮使得轨迹优化和几何级别的碰撞检测;

⑥支持多种领域的操作,如打磨、喷漆、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等方向;

⑦支持整个工作站仿真动画效果的分享,能够发布到网页、手机端让更加广大的网友学习软件的应用及其能够达到的效果;

RobotArt软件正是因为有这些优点,所以此次设计选择它达到控制机器人搬运程序的设定.

（1）程序设计

打开RobotArt,进入首页,在进行程序设计时校准之前需导入实际运用中实验所用到的库卡机器人,SolidWorks绘制的抓手工具和工作台,模块,导入一个库卡KUKA—KR6—R700—SIXX型号的机器人,这是因为RobotArt软件的机器人模型库没有KUKA—KR6—R900—SIXX型号的机器人,由于实际运用中实验所用到的库卡机器人工作范围不超过700mm,可以用RobotArt软件的机器人模型库中的R700代替R900.再导入上述定义过的SolidWorks绘制的抓手工具和工作台,模块.

①进入首页后,点击“新建”,在“机器人编程”工具栏中选择“导入机器人”按钮,导入机器人KUKA—KR6—R900—SIXX型号的机器人,选择“设备库”,在弹出的窗口中选择底座和地面,完成环境的基本构造;

②选择“自定义”工具栏选择“输入”,在弹出的窗口中选择SolidWorks绘制的模型“.STEP”文件,再对模块进行定义,选择“定义零件”,在弹出窗口中点击“确认”生成“,robp”形式文件,对物块,工作台,抓手进行重复操作改变文件形式;

③选中画面里的机器人,鼠标右键单击,在弹出的菜单中选中“设置机器人”,在弹出的窗口中把“J5”设为90度翻转,第四轴改为翻转,点击确认,随后选中机器人,鼠标右键单击,在菜单中选择“回到机械零点”;

④在“自定义”工具栏中,选择“导入零件”,导入物块,然后再选择“定义零件”在弹出窗口中选择确认,然后点击“管理附着点”,添加抓取点（+CP）,点击表格中的抓取点,点击编辑,将坐标放置在物块上,这样抓取点就生成了;

⑤导入抓手,鼠标右键单击,在弹出的菜单中选择“设置TCP”,输入完成后点击“确认”;

⑥导入工作台1和工作台2,分别选中,然后通过校准功能进行校准工作台与机器人之间的距离,点击菜单栏校准按键,分别指定三个点,输入实际的三点位置测量值,点击对齐;

⑦生成轨迹在环境与画面搭建完成后,根据场景对机器人进行轨迹设计,力求物块能够完成工作台之间的转换.在进行轨迹设计中,对机器人旳机械零点插入POS点,然后把抓手移动到物块,在这个点插入POS点,鼠标右键点击抓手,在弹出的对话框中点击抓取,选中小物块,再把抓手上升插入POS点,对抓手移动（由于机器人机械臂问题进行两次移动,分别插入POS点）,鼠标右键点击抓手,在弹出的对话框中点击释放,选中小物块.重复操作抓手移动,插入POS点,轨迹的初步设计就此完成;

⑧轨迹设计完之后,点击轨迹,在弹出的窗口中进行轨迹优化;

⑨点击“抓取”和“释放”POS点,添加仿真事件,根据机器人的抓手IO地址自定义事件;

⑩画面仿真.在画面与轨迹设计完成后,可以点击“仿真”按钮,进行查看机器人运转是否正常,有没有轴超限,不可到达点,进行这次虚拟的模拟能够查看设计是否出现问题,防止实体机器人在运转程序时损坏机器人;

程序检查.画面仿真无误后点击进程序,浏览程序旳设计是否达到预期效果.检查无误后进行下一步操作.

（2）后置文件

在仿真成功后点击编译,在左侧栏轨迹段处右键,分别后置每段轨迹,保存轨迹.然后在“机器人编程”工具栏中选择点击“后置”按钮,浏览程序查看无误后点击输出,生成ca.src和ca.dat两个文件,把文件导入在U盘内保存.

硬件设计

库卡机器人是德国KUKA公司自1977年开始系列化生产的适用于各种用途或者领域的机器人,并且德国库卡机器人公司目前是国际上最大的机器人制造商之一.库卡机器人主要由机械系统、控制系统、示教器（手持操作和编程器）、系统软件及配套电缆等组成[4].

坐标系原点测量的方法

库卡机器人的坐标系主要是 WORD—世界坐标系、ROBROOT—机器人足部坐标系、BASE—基坐标系、FLANGE—法兰坐标系、TOOL—工具坐标系[5].库卡机器人确定工具坐标系的原点可以用XYZ4点法和XYZ参照法这两个方法,确定工具坐标系的姿态可以选择ABC世界坐标法和ABC2点法.

（1）XYZ4点法

将工具的TCP从四个不同的方向移向一个参照点（一般选择尖端点或者具有明显特征的点）,机器人控制系统从不同的法兰位置值中计算出TCP[6].注：4个不同方向的法兰位置不能够在同一个平面内.

（2）XYZ参照法

关于一件机器人的新工具与一件已测量过的工具进行位置比较测量,机器人控制系统进行比较法兰位置,同时对工具的TCP进行测量计算[11].这种方法适用于几何相似的同类工具.

TCP测量

在实际环境中机器人搬运工具抓手的TCP和RobotArt软件中模拟环境中的TCP位置存在差异,所以必须对RobotArt软件中模拟环境中的TCP位置进行TCP校准,否则会影响机器人抓取以及搬运的精度.此次运用工具测量选择“XYZ 4点法”测量TCP位置[8].

（1）单击“投入运行”选项,并选择“测量”选项;

（2）单击“工具”选项,選择“XYZ4点法”;

（3）输入工具号基工具名（此次试验工具编号为“7”,工具名为“zhuashou”）,点击继续;

（4）将机器人的抓手分别以四种姿态移至参考点进行测量TCP,可以参考图3.2-1展示的姿态,每次移动完毕后点击“测量”按键,在进行下一次姿态移动,重复操作;

（5）移动完毕后输入负载工具数据并点击“继续”,点击“保存”按键;

（6）点击“ABC 2点法”以测量坐标系方向;

（7）将待测工具抓手的一段移动到参照点,点击“测量”按钮,在弹出的菜单中选择是,确认此点为坐标系原点;

（8）將机器人抓手TCP移向坐标系-X轴上的一点,点击“测量”按钮,在弹出的菜单中选择是,确认此点为坐标系-X轴上的一点[9];

（9）将机器人抓手TCP移向坐标系+Y轴上的一点,点击“测量”按钮,在弹出的菜单中选择是,确认此点为坐标系+Y轴上的一点,最后保存数据[10].

工作台模型测量

模型校准以基座标系为基础,此时就需要采用三点法进行校准.校准之前需要手动操作机器人抓手分别移至这三个点,测量出实际位置（笛卡尔式）[7].点击示教器上菜单键,再点击显示,再点击实际位置测量出的三个点实际位置.

调试结果及分析

上机调试成功机器人实现了搬运程序,达到了程序设计的要求.机器人达到了搬运效果,证明RobotArt软件对于机器人的控制是能够实现的,这种效果运用到实际工厂中能够大部分的节约劳动力,增加办公效率,提高生产产品的质量,能够让广大的消费者满意,完美的提高公司的效益,提高社会的经济发展,让生产生活更加快速的接受和发展工业,让生产自动化,生活自动化更加快捷的发展.RobotArt软件的控制实现能够实现一对多个机器人的控制、调试,能够让机器人随着环境的变化而变化自身的运行轨迹.

参考文献

[1]赵罘,杨晓晋,刘玥 .SolidWorks 2014中文版机械设计从入门到精通[M],北京：人民邮电出版社,2014.7.

[2]张忠将.SolidWorks 2014高级应用教程[M],北京：机械工业出版社,2014.6.

[3]Kailath T.,Linera systems,Prentice Hall[J],Englewood Cliffs,1980.

[4]林文燕,李曙生.工业机器人应用基础—基于KUKA机器人[M],北京：北京航空航天大学出版社,2016.7.

[5]郝巧梅,刘怀兰.工业机器人技术[M].北京：电子工业出版社,2016.06：31-35

[6]KUKA机器人编册.德国KUKA机器人有限公司

[7]宋云艳.工业机器人离线编程与仿真[M],北京：机械工业出版社,2017.6.

[8]龚仲华,龚晓雯.工业机器人完全运用手册[M],北京：北京邮电出版社,2017.1.

[9]龚仲华.工业机器人从入门到运用[M],北京：机械工业出版社,2016.3.KUKA机器人编册.德国KUKA机器人有限公司.

[10]余任冲.工业机器人运用案例入门[M],北京：电子工业出版社,2015.8.

作者简介：高继恒,男（1996.11-）,汉族,安徽砀山人,南阳理工学院电子与电气工程学院2014级本科在读,研究方向：自动化