“工业机器人技术应用”赛项定制涂胶技术分析

张渤海 刘卓 荆红伟

摘  要：该文通过对全国职业院校技能大赛中职组“工业机器人技术应用”赛项研究学习，主要聚焦研究该赛项中定制涂胶工艺的实现方法。中职组“工业机器人技术应用”赛项自2017年开办以来，涂胶一直是该赛项的必考考点，且难度日益增大，对参赛选手的编程考察能力要求也愈来愈高。该文主要提供一种编程思路，让选手能够在短时间内编制并调试程序，并更好地服务大赛，服务学生。

关键词：中职；工业机器人技术应用；涂胶工艺；编程方法；PLC网络通信

中图分类号：TP3        文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）10-000６-0４

Abstract： This paper focuses on the implementation methods of customized glue coating process in the "Industrial Robot Technology Application" eventin National Competition for Skills of Vocational Education. Since its inception in 2017， the "Industrial Robot Technology Application" competition in the secondary vocational school has always been a mandatory test point for glue coating， and the difficulty is increasing. The requirements for the programming and testing abilities of participants are also increasing. This paper mainly provides a programming approach that allows players to write and debug programs in a short period of time， and better serve the competition and students.

Keywords： secondary vocational school; application of industrial robot technology; glue coating process; programming method; PLC network communication

全国职业院校技能大赛中职组“工业机器人技术应用”竞赛综合考核了工业机器人的维护、涂胶、码垛、分拣、装配和多设备间通信等多方面知识，能够促进工业机器人编程、调试、现场维护等工作岗位的高素质技术技能人才培养，是培养机器人相关专业技术创新人才的重要手段。随着新一轮科技革命和产业变革的深入发展，工业机器人的应用场景越来越多，范围越来越广，对技术技能人才的要求越来越高，竞赛的难度也越来越大。本研究针对该赛项中的重点考核内容“涂胶轨迹”模块进行分析优化，提出一种利用ABB机器人解决复杂轨迹的编程方法，目的在于提高技能大赛集训学生的工作效率和技能水平，从而进一步提高学生的专业能力。

1本文研究工作介绍

近年来全国职业院校技能大赛（以下简称“国赛”）中职组“工业机器人技术应用”赛项对参赛选手在机器人编程逻辑思维方面的考核难度逐渐增大，根据赛题工作流程的编程方法已经难以适应现在比赛要求。本文以2022年国赛任务书中第二赛程的重点考察模块“产品外壳定制涂胶”为例，分析如何用面向对象的编程思路来快速解决竞赛中复杂的编程逻辑问题。

产品外壳定制涂胶模块可分为“D轨迹”和“符合轨迹”两部分涂胶轨迹，涂胶轨迹主要点位信息如图1所示；触摸屏上的人机交互界面设计要求如图2所示；定制涂胶工艺参数见表1。

2  机器人与PLC网络通信

如图2所示，PLC需要将触摸屏界面上的设置的起始点、停留点、特殊段起点和终点等信息传送给机器人，简单的I/O点位通信显然难以满足该项目的通信要求。由于赛事提供的机器人均添加了选配的系统选项功能616-1 PC Interface，且西门子S7-200 Smart PLC和机器人都有自带网口，因此可以利用机器人的自带网口（X6口）与PLC通过网线进行Socket通信。通信时需设置机器人与PLC的IP地址在同一个网段内，在机器人的控制面板中设置机器人的IP地址如图3所示，PLC的IP地址如图4所示，PLC的通信连接程序如图5所示，机器人的通信程序如下。

3  基础轨迹实现

从表1可知，D轨迹涂胶和复合轨迹涂胶包含了D轨迹、B轨迹和C轨迹，每条轨迹均有若干个关键轨迹点，这些轨迹点将各轨迹区分为一段段的更小的轨迹段（基础轨迹段），在用触摸屏选择轨迹起点、终点、轨迹方向等参数时，实际上是将这些关键轨迹点分开的基础轨迹段组合连接，从而生成符合要求的轨迹。由于现场示教编程在轨迹编程时需要示教多个轨迹点，且对于一些轨迹曲线不容易编程实现，因此一般对于复杂的轨迹编程，采用大赛要求的离线编程软件PQArt进行轨迹编程。关键轨迹点形成的基础轨迹见表2。

4  D轨迹实现方法分析

D轨迹工艺要求，以D1点为起始点，D7点为结束点，在停留点，停留并计时，进入特殊轨迹段时，按照设定模式对特殊段处理，按照设定軌迹层数完成D轨迹涂胶。从图1中可知，D轨迹实际上是由D1-D2轨迹（Glue_D1），D2-D3轨迹（Glue_D2）、D3-D4轨迹（Glue_D3）、D4-D5轨迹（Glue_D4）、D5-D6轨迹（Glue_D5）和D6-D7（Glue_D6）共6条轨迹连接构成的，普通轨迹段和特殊轨迹段均可以利用这6条轨迹中的1条或多条连续的轨迹组合而成；由于每段轨迹的结束点即下段轨迹的起始点，轨迹的循环程序号等于该段轨迹的起始点的变量值，因此可以利用CallByVar指令通过变量，循环调用Glue_D1至Glue_D7无返回值程序，具体算法流程如下。

此算法流程采用面向对象的问题解决思路，利用问题递归的解决办法，轨迹连续执行过程中循环改变起始点的变量值来启动下一条轨迹程序。当起始点的变量值等于给定的结束点时，跳出循环完成整个轨迹运行，方便快捷地解决了连续轨迹中设定随机起始点、终止点、停留点的问题。

5  复合轨迹实现方法分析

复合轨迹涂胶包含B轨迹和C轨迹2条轨迹，根据表1可知，轨迹顺序的设置其实就是B轨迹和C轨迹相对于D轨迹而言增加了涂胶方向的选择，顺时针（编号从小到大）或逆时针（编号从大到小），轨迹顺序的具体算法流程如下。

定制B轨迹所需要的程序段见表3，对比程序循环变量号与轨迹点对应值的关系可以发现，顺时针轨迹程序循环变量号等于轨迹点对应值，逆时针程序循环变量号等于总轨迹点数加1再減去轨迹点对应的值，B轨迹循环程序如下。

在运行复合轨迹的过程中，还涉及“清理”和“吹胶”功能，如图2触摸屏界面所示。当在轨迹运行过程中随机按下触摸屏上的“清理”按钮，机器人更换吸盘工具，利用小吸盘吹气功能对未完成的B、C轨迹进行吹气清理；运行过程中，若随机按下“吹胶”按钮，机器人更换吸盘工具，利用小吸盘吹气功能对已完成B、C轨迹进行干燥吹胶；吹胶或清理完成后，机器人更换涂胶工具完成剩余的轨迹涂胶。

要完成“清理”或“吹胶”功能，就需要在每执行一段轨迹端程序后检查是否有“清理”或“吹胶”信号；若有“清理”按钮信号，则需要更换吸盘工具对未完成轨迹进行吹气，未完成的轨迹实际上就是以原轨迹运行过程中的下一段轨迹起点为起点，以触摸屏设定的轨迹终点为终点的轨迹。同理，当有“吹胶”信号时，需要更换吸盘工具对已完成轨迹进行吹气，已完成的轨迹实际上就是以触摸屏设定的轨迹起点为起点，以原轨迹运行过程中的下一段轨迹起点为终点的轨迹。“吹胶”或“清理”完成后，“吹胶”或“清理”信号结束，机器人更换回涂胶工具继续沿原轨迹完成剩余部分的涂胶任务。

6  结束语

产品外壳定制涂胶作为中职组“工业机器人技术应用”赛项必考考点，考查难度较大，若按照常规的顺序编程方法难以实现。文章对考查内容整体分析，采取面向对象的编程思路，简化了程序编写，同时更容易理清编程逻辑，并提供了部分经过验证的程序。本文中分析思路和解决方案以及对应的部分程序，对同类的复杂涂胶问题有积极的借鉴意义，同时也提高了技能训练的效率，为培养高技术、高素质的机器人应用复合型人才提供了技术保障。

参考文献：

[1] 张渤海，刘卓，荆红伟.工业机器人编程与操作[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2022.

[2] 吴瑞详.机器人技术与应用[M]..北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[3] 徐元宣.工业机器人[M].北京：中国轻工业出版社，1999.

[4] 王田苗.走向产业化的先进机器人技术[J].中国制造业信息化，2005（10）：24-25.

[5] MICHULOSKI J. Coordinated joint motion control for an industrial robot[J]. 2002.