装配任务编程实例

在上一节中，我们已经介绍了如何对Staubli TX2-40机器人进行基本的运动控制和路径规划。本节将通过具体的装配任务编程实例，进一步深入探讨如何利用Staubli TX2-40机器人进行精密装配任务。我们将涵盖以下几个方面的内容：

在这里插入图片描述

  1. 装配任务概述

  2. 任务分解与路径规划

  3. 传感器集成与数据处理

  4. 力控制与接触检测

  5. 多轴协调与同步

  6. 故障检测与处理

  7. 人机协作与安全措施

装配任务概述

在汽车零部件制造行业中，精密装配任务是常见且关键的工艺步骤之一。这些任务通常包括将多个精细部件精确地装配在一起，以确保最终产品的质量和性能。Staubli TX2-40机器人以其高精度和灵活性，成为这些任务的理想选择。

任务类型

  1. 螺钉装配：将螺钉精确地拧入指定位置。

  2. 零部件插接：将一个零部件插入另一个零部件的精确位置。

  3. 粘合剂涂抹：在指定区域精确涂抹粘合剂。

  4. 检测与校准：对装配后的部件进行检测和校准，确保装配精度。

任务分解与路径规划

在进行精密装配任务之前，首先需要将任务分解成若干个子任务，并对每个子任务进行路径规划。这一步骤是确保机器人能够高效、准确地完成任务的关键。

任务分解

  1. 确定装配顺序：根据装配要求，确定每个部件的装配顺序。

  2. 定义装配位置：确定每个部件在装配过程中的精确位置。

  3. 规划运动路径：为机器人规划从一个位置到另一个位置的运动路径。

例子：螺钉装配任务分解

假设我们需要将一个螺钉拧入一个汽车零部件的指定位置。任务可以分解如下：

  1. 移动到螺钉拾取位置。

  2. 拾取螺钉。

  3. 移动到零部件装配位置。

  4. 将螺钉对准装配孔。

  5. 拧入螺钉。

  6. 移动到安全位置。

路径规划

路径规划需要考虑机器人的运动速度、加速度、路径平滑度等因素。使用Staubli的VAL3编程语言，可以通过以下代码示例进行路径规划：


// 定义关键点

POSN pickPos = [0, 0, 0, 0, 0, 0]; // 螺钉拾取位置

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN safePos = [200, 0, 0, 0, 0, 0]; // 安全位置



// 定义路径速度和加速度

VELC vel = 100; // 速度

ACCL acc = 50; // 加速度



// 移动到螺钉拾取位置

moveJ(pickPos, vel, acc);



// 拾取螺钉

// 假设有一个吸盘工具

setDO(tool_on, 1); // 吸盘打开

delay(0.5); // 等待0.5秒



// 移动到零部件装配位置

moveJ(partPos, vel, acc);



// 将螺钉对准装配孔

// 假设有一个视觉传感器来校准位置

POSN alignedPos = getAlignedPosition(partPos); // 获取校准后的装配位置

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 拧入螺钉

// 假设有一个拧紧工具

moveL(alignedPos, vel, acc); // 线性移动到装配孔

setDO(screw_on, 1); // 拧紧工具打开

delay(1.0); // 等待1秒

setDO(screw_on, 0); // 拧紧工具关闭



// 移动到安全位置

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • POSN：定义机器人的位置。

  • moveJ：关节运动，用于大范围的移动。

  • moveL：线性运动，用于精确对准。

  • setDO：设置数字输出，用于控制工具。

  • delay：延时，用于确保动作的同步性。

传感器集成与数据处理

传感器在精密装配任务中起着至关重要的作用，它们可以提供实时的环境数据，帮助机器人进行精确的操作。常见的传感器包括视觉传感器、力传感器和接近传感器。

视觉传感器

视觉传感器可以用于校准装配位置，确保部件的精确对准。

例子：视觉传感器校准装配位置


// 假设有一个视觉传感器，可以通过函数getVisionData获取数据

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 初始装配位置

POSN alignedPos;



// 获取视觉数据

POSN visionData = getVisionData(partPos);



// 根据视觉数据校准位置

alignedPos = partPos + visionData;



// 移动到校准后的装配位置

moveJ(alignedPos, vel, acc);

代码解释

  • getVisionData：获取视觉传感器数据，返回相对于初始位置的偏移量。

  • +：位置相加，用于校准。

力传感器

力传感器可以用于检测装配过程中的力反馈，确保装配过程的稳定性和安全性。

例子：力传感器检测装配过程


// 假设有一个力传感器，可以通过函数getForceData获取数据

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN alignedPos;

double forceThreshold = 10.0; // 力阈值

double force;



// 获取校准后的装配位置

alignedPos = getAlignedPosition(partPos);

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 移动到装配孔

moveL(alignedPos, vel, acc);



// 检测力反馈

while (true) {

    force = getForceData();

    if (force > forceThreshold) {

        break; // 力超过阈值，停止移动

    }

    delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

}



// 拧入螺钉

setDO(screw_on, 1);

delay(1.0);

setDO(screw_on, 0);



// 移动到安全位置

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • getForceData：获取力传感器数据。

  • while：循环检测力反馈，直到力超过阈值。

  • delay：延时，用于确保检测的频率。

力控制与接触检测

力控制是精密装配任务中的重要技术，它可以帮助机器人在接触部件时施加合适的力，避免损坏部件。接触检测则是确保机器人在接触部件时能够准确判断接触状态。

例子：力控制与接触检测


// 定义关键点

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN alignedPos;

double forceThreshold = 10.0; // 力阈值

double force;

double contactThreshold = 0.5; // 接触阈值

bool contactDetected = false;



// 获取校准后的装配位置

alignedPos = getAlignedPosition(partPos);

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 移动到装配孔

moveL(alignedPos, vel, acc);



// 检测接触状态

while (true) {

    force = getForceData();

    if (force > contactThreshold) {

        contactDetected = true;

        break; // 检测到接触，停止移动

    }

    delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

}



// 力控制

if (contactDetected) {

    while (true) {

        force = getForceData();

        if (force > forceThreshold) {

            break; // 力超过阈值，停止移动

        }

        moveL(alignedPos, vel * 0.5, acc * 0.5); // 减速移动

        delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

    }

}



// 拧入螺钉

setDO(screw_on, 1);

delay(1.0);

setDO(screw_on, 0);



// 移动到安全位置

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • contactThreshold：接触阈值，用于判断是否接触。

  • contactDetected：接触检测标志。

  • moveL(alignedPos, vel * 0.5, acc * 0.5)：减速移动，确保力控制的准确性。

多轴协调与同步

在复杂的装配任务中，多轴协调与同步是确保任务成功的关键。Staubli TX2-40机器人支持多轴同步运动，可以实现多个关节的协调运动。

例子：多轴同步运动

假设我们需要将一个零部件插入另一个零部件的孔中，需要多个关节的协调运动。


// 定义关键点

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN alignedPos;

double forceThreshold = 10.0; // 力阈值

double force;

double contactThreshold = 0.5; // 接触阈值

bool contactDetected = false;



// 获取校准后的装配位置

alignedPos = getAlignedPosition(partPos);

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 多轴同步运动

POSN targetPos = [100, 0, -5, 0, 0, 0]; // 插入孔的目标位置

moveL(alignedPos, targetPos, vel * 0.5, acc * 0.5);



// 检测接触状态

while (true) {

    force = getForceData();

    if (force > contactThreshold) {

        contactDetected = true;

        break; // 检测到接触，停止移动

    }

    delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

}



// 力控制

if (contactDetected) {

    while (true) {

        force = getForceData();

        if (force > forceThreshold) {

            break; // 力超过阈值，停止移动

        }

        moveL(alignedPos, targetPos, vel * 0.1, acc * 0.1); // 减速移动

        delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

    }

}



// 完成装配

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • moveL(alignedPos, targetPos, vel * 0.5, acc * 0.5)：多轴同步运动，从校准位置移动到目标位置。

  • vel * 0.5 和 acc * 0.5：减小速度和加速度，确保运动的平滑性。

故障检测与处理

在精密装配任务中，故障检测与处理是确保生产过程稳定和安全的重要环节。常见的故障包括传感器故障、工具故障和机器人运动故障。

例子：故障检测与处理


// 定义关键点

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN alignedPos;

double forceThreshold = 10.0; // 力阈值

double force;

double contactThreshold = 0.5; // 接触阈值

bool contactDetected = false;

bool toolFault = false;

bool sensorFault = false;



// 获取校准后的装配位置

alignedPos = getAlignedPosition(partPos);

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 检测工具状态

if (getToolStatus() != 0) {

    toolFault = true;

    error("工具故障，停止任务");

    moveJ(safePos, vel, acc);

    return;

}



// 检测传感器状态

if (getSensorStatus() != 0) {

    sensorFault = true;

    error("传感器故障，停止任务");

    moveJ(safePos, vel, acc);

    return;

}



// 移动到装配孔

moveL(alignedPos, vel, acc);



// 检测接触状态

while (true) {

    force = getForceData();

    if (force > contactThreshold) {

        contactDetected = true;

        break; // 检测到接触，停止移动

    }

    delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

}



// 力控制

if (contactDetected) {

    while (true) {

        force = getForceData();

        if (force > forceThreshold) {

            break; // 力超过阈值，停止移动

        }

        moveL(alignedPos, vel * 0.5, acc * 0.5); // 减速移动

        delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

    }

}



// 拧入螺钉

setDO(screw_on, 1);

delay(1.0);

setDO(screw_on, 0);



// 移动到安全位置

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • getToolStatus 和 getSensorStatus：获取工具和传感器的状态，返回0表示正常，非0表示故障。

  • error：输出错误信息，停止任务。

  • moveJ(safePos, vel, acc)：移动到安全位置，确保机器人不会造成危险。

人机协作与安全措施

在现代制造环境中，人机协作越来越普遍。为了确保安全，需要采取一系列的安全措施，包括安全区域设置、碰撞检测和紧急停机。

例子：人机协作与安全措施


// 定义关键点

POSN partPos = [100, 0, 0, 0, 0, 0]; // 零部件装配位置

POSN alignedPos;

double forceThreshold = 10.0; // 力阈值

double force;

double contactThreshold = 0.5; // 接触阈值

bool contactDetected = false;

bool toolFault = false;

bool sensorFault = false;

bool humanDetected = false;



// 获取校准后的装配位置

alignedPos = getAlignedPosition(partPos);

moveJ(alignedPos, vel, acc);



// 检测工具状态

if (getToolStatus() != 0) {

    toolFault = true;

    error("工具故障，停止任务");

    moveJ(safePos, vel, acc);

    return;

}



// 检测传感器状态

if (getSensorStatus() != 0) {

    sensorFault = true;

    error("传感器故障，停止任务");

    moveJ(safePos, vel, acc);

    return;

}



// 检测安全区域

if (getHumanPresence()) {

    humanDetected = true;

    error("检测到人类，停止任务");

    moveJ(safePos, vel, acc);

    return;

}



// 移动到装配孔

moveL(alignedPos, vel, acc);



// 检测接触状态

while (true) {

    force = getForceData();

    if (force > contactThreshold) {

        contactDetected = true;

        break; // 检测到接触，停止移动

    }

    delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

}



// 力控制

if (contactDetected) {

    while (true) {

        force = getForceData();

        if (force > forceThreshold) {

            break; // 力超过阈值，停止移动

        }

        moveL(alignedPos, vel * 0.5, acc * 0.5); // 减速移动

        delay(0.1); // 每0.1秒检测一次

    }

}



// 拧入螺钉

setDO(screw_on, 1);

delay(1.0);

setDO(screw_on, 0);



// 移动到安全位置

moveJ(safePos, vel, acc);

代码解释

  • getHumanPresence：检测安全区域内是否有人员，返回true表示有人员，false表示无人员。

  • error：输出错误信息，停止任务。

  • moveJ(safePos, vel, acc)：移动到安全位置，确保机器人不会造成危险。

通过上述例子，我们可以看到如何将Staubli TX2-40机器人应用于汽车零部件制造行业的精密装配任务。每个步骤都需要仔细规划和执行，确保任务的高效和安全。希望这些实例对您在实际编程中有所帮助。

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