KUKA外部自动配置(上)
KUKA外部自动配置(上)
本文详细介绍了KUKA机器人外部自动配置的相关内容，包括基本流程、示教器操作、倍福PC操作以及具体的配置步骤。文章内容详尽，涵盖了从启动到监控的完整过程，并提供了具体的代码示例和信号配置说明。对于从事机器人自动化控制的技术人员来说，具有较高的参考价值。
1. 基本流程
1.1 示教器操作（KUKA SmartPAD）
示教器用于切换模式、配置机械臂的状态和确认机械臂的操作权限。对于外部自动模式，示教器需要进行以下步骤操作：
- 启动和登录
- 打开KUKA SmartPAD并登录管理员账户。
- 确认机械臂已经启动并且处于待机状态。
- 切换到外部自动模式
- 按下示教器上的“模式切换”按钮，选择外部自动模式（EXT模式）。此时，系统会将控制权移交给外部的控制器（如倍福PC）。
- 配置安全设置
- 确保所有的安全设置和急停按钮功能正常，外部控制信号已配置好。这些安全设置可以通过示教器菜单中的安全设置选项进行检查。
- 启用驱动器
- 按下启用驱动器按钮（通常是一个绿色的按钮），激活机械臂的运动驱动系统。此操作仅在外部自动模式选择后进行。
- 监控系统状态
- 在外部自动模式下，示教器将主要用于监控机械臂的运行状态，包括报警、错误或状态信息。尽管操作由外部PC控制，但示教器仍可用于查看关节角度、状态日志等。
1.2 倍福PC操作（基于TwinCAT等控制软件）
倍福PC主要用于控制机械臂的外部信号、程序执行和逻辑控制。具体操作如下：
- 启动倍福PC和TwinCAT系统
- 打开倍福PC并启动TwinCAT等控制软件。确保系统处于运行模式（RUN），并与KUKA机械臂的控制器建立通信。
- 建立通信
- 确保倍福PC与KUKA控制器通过工业以太网（EtherCAT）或其他通讯协议连接。通信协议应该已经预先设置好，包括IP地址和端口号。
- 加载并配置PLC程序
- 在TwinCAT中，加载控制KUKA机械臂的PLC程序。这些程序包含了运动逻辑和控制指令。
- 配置好外部I/O信号，如启动信号、急停信号、机械臂准备好状态信号等，确保倍福PC能够接收来自KUKA控制器的反馈信号。
- 启动外部自动程序
- 在TwinCAT的PLC界面中，启动已经编写的控制程序。这些程序应包含对机械臂的运动指令、路径规划以及传感器反馈的处理。
- 通过倍福PC，向KUKA机械臂发送“启动”信号（EXT_START），此信号由倍福PC控制的PLC程序触发，以启动外部自动模式下的机械臂操作。
- 实时监控与调试
- 使用倍福PC的调试和监控功能，实时查看机械臂的运动状态、传感器反馈和PLC逻辑执行情况。
- 监控运行过程中的错误或异常信息，并根据需要进行程序调整或逻辑修改。
2. 示教器操作具体配置
2.1 配置外部自动输入端
通过示教器进入外部自动输入输出的配置页面：
输入端需要配置以下十个信号：
- PGNO_TYPE- 程序号类型：
- 此变量确定了以何种格式来读取上级控制系统传送的程序编号。
- 值 说明 实例
- 1 以二进制数值读取。上级控制系统以二进制数值形式传递程序号。 00100110程序号是38
- 2 以BCD 值读取。上级控制系统以BCD 值的形式传递程序号。 00100110程序号是26
- 3 以N 选 1读取。上级控制系统以N 选 1的形式传递程序号。 00000100程序号是3
本系列文章PGNO_TYPE信号一般取值为1，即以二进制的编码形式传递程序号。
PGNO_LENGTH- 程序号长度：
此变量确定了上级控制系统传送的程序编号的位宽。 值域： 1 … 16。
PGNO_PARITY- 程序号的奇偶位：
上级控制系统传递奇偶位的输入端，没有特殊要求一般不设置校验。
输入端 函数
负值 奇校验
0 无分析
正值 偶校验
PGNO_VALID- 程序号有效：
上级控制系统传送读取程序号指令的输入端，可以理解为传输程序号的时使能信号的形式。
输入端 函数
负值 在信号的脉冲下降沿应用编号。
0 在线路EXT_START处随着信号的脉冲上升沿应用编号
正值 在信号的脉冲上升沿应用编号。
$EXT_START- 外部启动：
设定了该输入端后，输入/输出接口激活时将启动或继续一个程序 （一般为 CELL.SRC），该信号是个脉冲上升沿。
$MOVE_ENABLE- 运行开通：
该信号确定了上级控制系统对机器人驱动器使能控制。
信号 功能
TRUE 可手动运行和执行程序
FALSE 停住所有驱动装置并锁住所有激活的指令
$CONF_MESS- 确认信息提示：
通过给该信号使能，当故障原因排除后，上级控制系统将确认机器人的故障信息。
$DRIVES_ON- 驱动装置接通：
通过该信号给机器人伺服驱动装置上电，该信号触发至少持续20ms的高脉冲则上级控制系统会接通机器人驱动装置。
$DRIVES_OFF- 驱动装置关闭：
如果在该输入端持续施加至少持续20 ms的低脉冲 ，则上级控制系统会关断机器人驱动装置。
$I_O_ACT -外部接口激活：
示教器选择了外部自动运行这一运行方式并且输入端 $I_O_ACT 为 TRUE （一般 始终设为 $IN[1025]）后，输出端$I_O_ACTCONF - 外部自动运行激活为 TRUE。
2.2 配置外部自动输出端
输出信号总共4个菜单：
$ALARM_STOP - 紧急停止
该信号在机器人自身急停和外部急停下触发时，会发出一个报警停机控制信号。
$USER_SAF - 操作人员防护装置 / 防护门
该信号在外部自动模式时，防护装置（如安全门、卷帘门）被打开的时候，机器人会发出一个用户安全停止控制信号。
$PERI_RDY- 驱动装置处于待机状态
通过设定此输出信号，机器人控制系统通知上级控制系统，机器人驱动装置已接通。
$STOPMESS- 停止信息
该输出信号由机器人控制系统来设定，以向上级控制器显示出现了一条要求停住机器人的信息提示。
例如，当按下紧急停止按键或运行开通、操作人员防护装置被打开等情况出现时，机器人会发出该信号。
$I_O_ACTCONF- 外部自动运行激活
选择了外部自动运行这一运行方式并且输入端 $I_O_ACT 为 TRUE （默认为 $IN[1025]）后，输出端为 TRUE。
$PRO_ACT- 程序激活/正在运行
当机器人程序（CELL.SRC）启动运行后，始终给该输出端赋值。
$PGNO_REQ- 程序号问询
该输出端信号变化时，要求上级控制器传送一个程序号。如果PGNO_TYPE值为3，则PGNO_REQ不被分析。
$APPL_RUN- 应用程序在运行中
该信号是机器人通知上级控制器正在处理有关程序（CELL.SRC中的程序）。
$IN_HOME- 机器人位于起始位置 (HOME)
该输出信号告知PLC，机器人正位于其起始位置(HOME)。
$ON_PATH- 机器人位于轨迹上
只要机器人位于编程设定的轨迹上，此输出信号即被赋值。
$NEAR_POSRET 在路径附近
精度可更改，默认 200MM。
$T1, T1 模式下即输出该信号
$T2, T2 模式下输出该信号
$AUT 内部自动模式下输出该信号
$ EXTERN 外部自动模式下输出该信号
2.3 CELL程序的结构和功能
CELL程序是KUKA机械臂在外部自动模式下运行的重要组成部分，负责执行各种任务并确保与PLC的有效交互。
初始化部分
在程序开始时，通常会有初始化代码，用于设置必要的变量和状态，例如：
设置运动参数（速度、加速度等）
初始化IO信号
设定安全状态
主控制循环
程序的主体通常是一个控制循环，该循环根据接收到的外部信号执行不同的操作。主要包括：
监测PLC发来的信号
根据外部输入信号控制机械臂的运动状态（如启动、停止、运动到指定位置等）
信号处理
CELL程序中需要处理多种信号，包括但不限于：
sEXT_START: 启动信号
sDRIVERS_OFF: 关闭驱动器信号
PGNO_REQ: 程序号请求信号
sPGNO_VALID: 程序号有效信号
SMOVE_ENABLE: 移动使能信号
任务执行部分
根据PLC信号的状态，CELL程序会执行相应的动作，比如：
移动到指定位置
执行特定的操作（如夹持、放置等）
监控任务状态并反馈给PLC
异常处理
在程序中，通常会添加异常处理机制，用于检测和应对各种潜在的错误情况，例如：
检测信号丢失或超时
根据情况采取相应的措施（如停机、报警等）
结束部分
程序结束时，会进行必要的收尾工作，例如清理状态、关闭驱动器、发送完成信号等。
在RAPID编程语言中，注释通常以分号（;）开始，RAPID解释器会忽略注释内容。
; CELL程序定义
; 这是外部自动模式下的主控程序，用于管理外部控制系统发送的程序号。
DEF Cell()
; 外部程序示例声明
;EXT EXAMPLE1()
;EXT EXAMPLE2()
;EXT EXAMPLE3()
; 初始化部分
INIT
; 初始化基础技术包
BASICTECH INI
; 检查机器人是否在HOME位置
CHECK HOME
; 以100%的速度移动到HOME位置
PTP HOME Vel=100% DEFAULT
; 初始化外部自动模式
AUTOEXT INI
; 主循环开始
LOOP
; 从外部控制系统获取程序号
P00(#EXT_PGNO, #PGNO_GET, DMY[], 0)
; 根据接收到的程序号选择执行不同的子程序
SWITCH PGNO
; 如果程序号为1，执行EXAMPLE1程序
CASE 1
; 确认程序号已被接收
P00(#EXT_PGNO, #PGNO_ACKN, DMY[], 0)
; 调用用户程序1
EXAMPLE1()
; 如果程序号为2，执行EXAMPLE2程序
CASE 2
; 确认程序号已被接收
P00(#EXT_PGNO, #PGNO_ACKN, DMY[], 0)
; 调用用户程序2
EXAMPLE2()
; 如果程序号为3，执行EXAMPLE3程序
CASE 3
; 确认程序号已被接收
P00(#EXT_PGNO, #PGNO_ACKN, DMY[], 0)
; 调用用户程序3
EXAMPLE3()
; 如果程序号未定义，则发送故障信号
DEFAULT
; 发送程序号故障信号
P00(#EXT_PGNO, #PGNO_FAULT, DMY[], 0)
; 结束程序号选择
ENDSWITCH
; 主循环结束
ENDLOOP
; CELL程序结束
END
; CELL程序示例
DEF CELL()
; 初始化
DECL INT PGNO ; 程序号
DECL BOOL EXT_START ; 外部启动信号
DECL BOOL DRIVERS_OFF ; 驱动器关闭信号
DECL BOOL SMOVE_ENABLE ; 移动使能信号
; 初始化信号
EXT_START = FALSE
DRIVERS_OFF = FALSE
SMOVE_ENABLE = TRUE
; 等待外部启动信号
WAIT FOR EXT_START
; 使能驱动器
IF SMOVE_ENABLE THEN
; 启动机器人
; 这里可以添加运动指令，例如移动到起始位置
PTP {X 100, Y 100, Z 200, A 0, B 0, C 0} ; 移动到指定位置
; 发送程序号请求信号
SendPGNO_REQ()
ENDIF
; 等待接收程序号
WAIT FOR PGNO_REQ
PGNO = GetPGNO() ; 获取程序号
; 程序号有效化
WAIT 0.5 ; 等待0.5秒
SendPGNO_VALID(PGNO) ; 发送程序号有效信号
; 主循环
WHILE TRUE
; 检测外部停止信号
IF DRIVERS_OFF THEN
; 停止机器人
StopRobot()
EXIT ; 退出循环
ENDIF
; 执行运动操作
PerformTask(PGNO)
ENDWHILE
; 程序结束
SetIdleState() ; 设置空闲状态
END
第一种风格
- 程序结构：这种风格使用了
SWITCH
语句来根据程序号选择执行不同的子程序。它适用于有固定数量的子程序，并且每个子程序都由外部控制系统通过程序号来选择。 - 信号处理：使用了
P00
系统程序来处理外部信号，如获取程序号（
#PGNO_GET
）、确认程序号（
#PGNO_ACKN
）和发送程序号故障信号（
#PGNO_FAULT
）。
3.
循环机制：使用了一个
LOOP
...
ENDLOOP
循环来不断检查外部控制系统发送的程序号，并根据程序号执行相应的子程序。
4.
注释：代码中包含了详细的注释，有助于理解每个步骤的作用。
第二种风格
- 程序结构：这种风格更加详细地展示了初始化、信号声明、等待外部启动信号、使能驱动器、发送程序号请求信号、获取程序号、程序号有效化以及主循环中的运动操作。
- 信号声明：明确声明了用于存储程序号、外部启动信号、驱动器关闭信号和移动使能信号的变量。
- 条件逻辑：使用了
IF
语句来检查移动使能信号，并在条件满足时启动机器人和发送程序号请求信号。 - 等待机制：使用了
WAIT FOR
语句来等待外部启动信号和程序号请求信号，这有助于同步机器人与外部控制系统的动作。 - 错误处理：包含了对外部停止信号的检测，并在检测到停止信号时停止机器人并退出循环。
- 任务执行：通过调用
PerformTask(PGNO)
函数来执行与程序号相关的任务，这提供了一种更灵活的方式来处理不同的程序号。 - 程序结束处理：在程序结束时调用
SetIdleState()
函数来设置机器人的空闲状态。
第一种风格则更加简洁，适用于程序号较少且固定的情况。第二种风格提供了更多的细节和控制，使得程序的执行流程更加清晰。它适用于需要更精细控制机器人与外部控制系统交互的场景。
** 在T1或T2模式下运行CELL.src程序，执行图3的①部分，KUKA机器人执行回HOME点，执行BCO运行，窗口显示“已达BCO”，BCO运行使KUKA机器人运行到轨迹上。
在AUT_EXT(外部自动运行)模式下，图3的②部分指令LOOP和ENDLOOP之间循环执行程序。**
2.4 外部自动启动时序
- 接通驱动装置
- 确认报警信息
- 外部启动cell程序
- 传递程序号并处理应用程序