工業(yè)機(jī)器人教程

1、南京熊貓電子裝備限公司熊貓機(jī)器人主講: 劉東2015.04.28本培訓(xùn)內(nèi)容解釋權(quán)歸南京熊貓電子裝備所有一、機(jī)器人的歷史背景和基本的原理知識簡介中國古代的機(jī)器人雛形諸葛亮運(yùn)送糧草的工具木牛流馬內(nèi)部使用了齒輪咬合原理和以及曲柄連桿機(jī)構(gòu)。達(dá)到了助力的效果。國際工業(yè)化背景 近幾十年隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，越來越多的產(chǎn)業(yè)開始使用機(jī)器人替代人工。 自動化工業(yè)機(jī)器人使用量的增長 主要依附于價(jià)格的不斷降低，人工成本不斷升高，以及工業(yè)越來越多的作業(yè)發(fā)展方向趨向于自動化。 相對于人工而言，機(jī)器人的優(yōu)勢在于： 工廠自動化程度高，效率高，操作更準(zhǔn)確，更富有柔性。 （編輯不同程序控制機(jī)器人執(zhí)行不同動作）。 更傾向于危險(xiǎn)性

2、大或者人類不可能完成的工作。工業(yè)機(jī)器人- -機(jī)械手特點(diǎn) 工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，可以接受人類的指令，按照設(shè)定好的程序和軌跡運(yùn)行。具有可編程，擬人化，通用性等特點(diǎn)，適用性非常強(qiáng)。中國的工廠從勞動密集型工廠正在慢慢向著新型自動化工廠轉(zhuǎn)型，在中國，未來的5至10年將成為機(jī)器人在中國市場的爆發(fā)期，加快推進(jìn)了中國的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化趨勢。中國整體行業(yè)的工業(yè)化趨勢越來越大，中國地大物博，使中國在未來的幾年內(nèi)必定成為國際上擁有最大的機(jī)器人市場的國家。 機(jī)器人的領(lǐng)域 由于機(jī)器人涉及到多方面的復(fù)雜知識，目前 沒有人可以掌握完整的機(jī)器人知識，這就將機(jī)器人分成了幾個(gè)領(lǐng)域。 我們主要介紹控制理論方面的知識

3、做一些簡介。 機(jī)器人機(jī)械操作力學(xué)控制理論計(jì)算機(jī)科學(xué)移動計(jì)算機(jī)視覺人工智能簡單機(jī)械軸實(shí)例分析 圖示是二戰(zhàn)期間一個(gè)對空的火力點(diǎn)，使用簡單的2軸運(yùn)動裝置，通過改變方位角和仰角來調(diào)整合適的打擊角度。在仰角90附近位置需要非?？斓乃俣雀淖兎轿唤?，當(dāng)處于正上方，需要無窮大的速度。這個(gè)稱之為局部退化 ，軸處于奇異點(diǎn)位置，等同于失去了一個(gè)自由度。任何機(jī)械裝置都有這個(gè)現(xiàn)象。 自由度機(jī)器人/機(jī)器手的組成的簡單介紹如圖：機(jī)器人動作是由6個(gè)電機(jī)通過精確的控制運(yùn)算和數(shù)學(xué)計(jì)算得出的組合運(yùn)動。自由度u自由度定義：具有獨(dú)立位置變量。等同于關(guān)節(jié)數(shù)目。6軸機(jī)器人就是指具有6個(gè)關(guān)節(jié)或者說6個(gè)自由度的機(jī)器人提問？為什么目前主流的機(jī)械

4、臂都是6軸或者6軸以下？向量機(jī)械臂控制u在機(jī)器人中，描述機(jī)器人前端工具最直接的方式就是指定它的位置和姿態(tài)（位姿）。u在數(shù)學(xué)中則是使用向量描述（x,y,z,x,y,z） 位置和方向。（以坐標(biāo)系為基礎(chǔ)）u每一個(gè)都是獨(dú)立變量。所以需要6個(gè)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。u市場上的三軸，四軸，五軸機(jī)器人相對更加簡單。運(yùn)動學(xué)如何求這個(gè)向量，就是機(jī)器人的求解過程，非常復(fù)雜。但都是從運(yùn)動學(xué)開始。u正運(yùn)動學(xué)： 給定6個(gè)軸的角度， 計(jì)算出末端點(diǎn)的位姿 都是唯一解xz運(yùn)動學(xué)u逆運(yùn)動學(xué)： 給出指定的末端點(diǎn)的位姿， 計(jì)算出6個(gè)軸的角度。 解不唯一x運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)一般很難得到封閉的解，有時(shí)甚至無解， 多解。自由度越多，解越多。運(yùn)動學(xué)u設(shè)計(jì)

5、機(jī)器人時(shí)曾經(jīng)陷入迷徑尋找突破u手臂的構(gòu)成和機(jī)器人非常類似確定研究方向u附加多種限定條件u達(dá)到唯一解（默認(rèn)最短行程）動力學(xué) 運(yùn)動： 讓機(jī)器人從靜止到加速到最高速恒速到減速到靜止的過程都是由電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 力： 從機(jī)械角度來說，不同位置的關(guān)節(jié) 電機(jī)的功率、最大速度、 減速比、連桿長度、 負(fù)載、關(guān)節(jié)摩擦 等所有因素之間的關(guān)系都必須在運(yùn)動之前全部計(jì)算出來。軌跡生成u 機(jī)器人按照編輯的程序命令，保持非?？焖俚挠?jì)算，生成一條既定的軌跡。u難點(diǎn)： 各個(gè)軸同時(shí)開始運(yùn)動，同時(shí)停止 各個(gè)軸在每一個(gè)姿勢時(shí)的速度，加速度 如何保證末端點(diǎn)的軌跡精度 可編程u直接描述機(jī)器人 軌跡的是機(jī)器人的工具中心點(diǎn)（TCP）uTCP：機(jī)

6、器人最前端會攜帶：焊槍，抓手，噴嘴，打磨機(jī)，激光等工具，將 這些工具加載到機(jī)器人坐標(biāo)系中，成為工具中心點(diǎn)。u描述機(jī)器人的軌跡都是通過編程實(shí)現(xiàn)。編輯可視化的邏輯語言，通過系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)化為能被系統(tǒng)識別的代碼。u機(jī)器人的柔性：多樣化多樣化的可重復(fù)可重復(fù)編程方式讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動軌跡。編程界面離線編程和仿真仿真： 使用特定的軟件建立機(jī)器人工作站以及工件的三維模型，并通過軟件模擬出機(jī)器人所有的動作和軌跡，來確定空間上的可執(zhí)行度以及對工件實(shí)行離線編程。離線編程：不需要在機(jī)器人跟前示教所有的點(diǎn)，通過參考仿真軟件的模擬效果，直接將機(jī)器人的語言在電腦端編輯完畢，并可虛擬運(yùn)行以查看和調(diào)整實(shí)際的機(jī)器人動作效果。最

7、后使用軟件生成可被機(jī)器人識別和執(zhí)行的文件，通過線纜或者存儲設(shè)備發(fā)送到機(jī)器人控制柜內(nèi)。注：因?yàn)榉抡孳浖蛯?shí)際的工作站的誤差，所以離線編程一般都達(dá)不到完全契合。需要后期重新示教調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有機(jī)器人的操作方式u逆運(yùn)動學(xué)較為復(fù)雜，對硬件軟件要求很高，所以目前主流都是使用更為簡單的方式來操作機(jī)器人： u示教再現(xiàn) 示教：將機(jī)器人移動到指定的位置，使用記錄功能，將機(jī)器人此時(shí)的6個(gè)軸的角度、世界坐標(biāo)系下的位置信息都記錄下來。再現(xiàn)：將機(jī)器人從任意一個(gè)地方，返回到示教的位置，每一個(gè)關(guān)節(jié)都運(yùn)動到保存的角度，稱之為再現(xiàn)。 注： 默認(rèn)為最短行程。最短行程u當(dāng)某一個(gè)軸的角度限制范圍較大時(shí)， 比如540。 那么在一定的范圍內(nèi)，

8、 某些位姿就可能有2個(gè)解。 取最短行程解。重復(fù)定位精度u重復(fù)定位精度 重復(fù)精度 （示教點(diǎn)然后再現(xiàn)）和定位精度（指定一個(gè)未示教過的點(diǎn)，使用傳感器讓機(jī)器人移動到這個(gè)位置點(diǎn)的精度）。u機(jī)器人重復(fù)精度很好。0.05mm 0.1mm。等等都有。u但是定位精度一般都很差。 需要使用標(biāo)定的方法來提高定位精度（例如視覺中使用標(biāo)定）。二、機(jī)器人安全知識安全知識u安全是工作中必須要時(shí)刻注意的，任何工作都是安全第一。u了解一些機(jī)器人的安全常識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識三、機(jī)器人操作篇機(jī)器人供電系統(tǒng)u日本國家的工業(yè)用電標(biāo)準(zhǔn)是三相200V，中國是三相

9、380V。u所以機(jī)器人在中國工廠使用時(shí)必須使用一個(gè)380轉(zhuǎn)200V 的變壓器。u目前有2種方式配置，一種是額外配置一臺變壓器，一種是在控制柜內(nèi)、置一臺變壓器。u三相電 連接時(shí)， U V W 不分次序。 u連接好地線。u在開啟控制柜電源之前，使用萬用表檢查線路。機(jī)器人本體uPANDA焊接機(jī)器人規(guī)格型號 機(jī)器人規(guī)格型號示例如下: 設(shè)備型號批號序列號機(jī)器人編碼機(jī)器人本體u機(jī)器人是6自由度可編程機(jī)械手u通過伺服電機(jī)相互配合精確定位u通過安裝末端工具，執(zhí)行需要的功能機(jī)器人控制柜u相當(dāng)于電腦的主機(jī)。所有的指令和運(yùn)算都在控制柜內(nèi)完成。所有的指令和運(yùn)算都在控制柜內(nèi)完成。u控制柜連接了示教器，機(jī)器人，變壓器，

10、外部軸，外部設(shè)備（焊機(jī)）等。機(jī)器人示教器示教器是一種人機(jī)交互系統(tǒng)，通過按鍵或者可觸摸顯示器輸入指令或者功能命令，傳達(dá)給控制柜，經(jīng)過快速準(zhǔn)確的處理之后，反饋給機(jī)器人本體，讓機(jī)器人本體執(zhí)行相對應(yīng)的動作或者實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能。機(jī)器人示教器按鍵正面機(jī)器人示教器背面Dead man 按 鈕機(jī)器人示教器- -顯示界面機(jī)器人示教器操作鍵位操作姿態(tài)操作機(jī)器人示教器操作方式u切換至teach模式u選擇坐標(biāo)系u選擇動作速度u開啟伺服u按壓軸操作鍵TeachRemote保持dead man按鈕按壓到第二檔狀態(tài)， 按壓伺服準(zhǔn)備按鈕機(jī)器人示教器坐標(biāo)系u世界坐標(biāo)系/直角坐標(biāo)系機(jī)器人示教器坐標(biāo)系u工具坐標(biāo)系新建程序u點(diǎn)擊 【

11、程序】-【新建】新建程序u彈出右側(cè)圖所示界面u輸入程序名稱u-點(diǎn)擊 ENTER u可以輸入備注 u輸入完成后，點(diǎn)擊OK 按鍵， 跳轉(zhuǎn)到通用界 面新建程序u通用界面u光標(biāo)默認(rèn)在第一行編程語言uJMOVE 指定點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動，不指定軌跡uLMOVE 指定點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動，指定軌跡為直線uSMOVE 指定點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動，指定軌跡為多段圓弧構(gòu)成的自 由曲線。uCMOVE 指定點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動，指定軌跡為圓弧，每三個(gè)點(diǎn)構(gòu) 成一個(gè)圓。編程語言JMOVEuV=30 指最大移動速度為 最大限定值的30%ua / d =0.5 指加減速的時(shí)間uP = 4 指拐角時(shí)的精度u 內(nèi)的數(shù)為位置信息 編程語言uP :

12、 精度不同的軌跡需求對應(yīng)可設(shè)定的拐角精度和軌跡編程語言選擇【坐標(biāo)系】操作機(jī)器人到指定點(diǎn)選擇【插補(bǔ)方式 】點(diǎn)擊 【插入】按鈕如圖顯示插入畫面 在修改界面輸入?yún)?shù)點(diǎn)擊 【OK 】按鈕編程命令插入文件保存u移動機(jī)器人的程序編制完成后，按下【程序】=【保存】，文件保存示教點(diǎn)更正u點(diǎn)擊【記錄】按鍵u點(diǎn)擊【ok】 將當(dāng)前 位置信息更新到語 句中機(jī)器人當(dāng)前位置點(diǎn)信息監(jiān)測u點(diǎn)擊【機(jī)器人】u點(diǎn)擊【當(dāng)前位置信息】程序運(yùn)行u切換到【remote】模式u確認(rèn)機(jī)器人安全范圍內(nèi)無任何安全隱患u點(diǎn)擊【start】按鈕，自動開啟伺服電源u程序被執(zhí)行u程序執(zhí)行完成后，自動關(guān)閉伺服電源u運(yùn)行期間，手保持在示教器的急停按鈕上示教模

13、式示教模式下可以：u手動操作機(jī)器人u編程u修改語句u保存文件u修改參數(shù)u系統(tǒng)維護(hù)示教模式u以下介紹在示教模式下，示教器相關(guān)功能界面的介紹和舉例。u以圖片形式展示機(jī)器人多樣化的操作功能示教模式- -文件示教模式編輯示教模式程序功能示教模式焊接示教模式焊接參數(shù)設(shè)置示教模式系統(tǒng)信息版本查看示教模式系統(tǒng)信息權(quán)限變更示教模式文檔管理示教模式設(shè)置示教u示教器界面各種各樣的功能菜單，可以實(shí)現(xiàn)快捷、有效、方便的編程。u以下介紹實(shí)際編程的詳細(xì)過程。實(shí)際編程步驟uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 先將機(jī)器人的焊槍的槍尖按

14、照一定的角度和與工件之間的距離運(yùn)行到直線焊縫的起始焊接點(diǎn)位置，按壓數(shù)字快捷鍵【7】?？焖俨迦隺rc set 語句。然后選擇插補(bǔ)方式中的L，點(diǎn)擊【插入】 按鍵，則插入一行LMOVE語句。實(shí)際編程步驟uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 再按壓快捷數(shù)字功能鍵【4】，插入arc on語句。 再將焊槍運(yùn)行至焊縫末尾點(diǎn)，按下【插入】，則記錄了焊接結(jié)束點(diǎn)位置。 最后按壓數(shù)字功能鍵【1】，插入 arc off 語句，至此，程序完成。程序示例 def PROC （） WPSETM WELD2=1 焊接材料 絲徑 焊接方

15、式 ARC-OFF 焊接結(jié)束，并處理 gas/wire WPSETM WELD3=1 焊接參數(shù)變量 JMOVE V=20，. 回抽焊槍至安全位置 JMOVE V=20，. 機(jī)器人的起始點(diǎn) JMOVE V=20，. 回到機(jī)器人的起始點(diǎn) JMOVE V=20，. 機(jī)器人行走中間點(diǎn) END 焊接結(jié)束 JMOVE V=20，. 焊槍的焊接準(zhǔn)備點(diǎn) ARC-SET =1，A=90，V=29.81 焊接的電流電壓等參數(shù) LMOVE V=15.000，. 焊接開始點(diǎn)（weld） ARC-ON 焊接開始，并開始處理gas wire LMOVE V=0.500，. 焊槍沿著焊縫行走到的焊接中間點(diǎn)(empty) LMOVE V=0.500，. 焊槍沿著焊縫行走到的焊接終點(diǎn)(empty) 動作模擬圖圖2-322-32： 焊接動作的模式圖焊接動作的模式圖P1P2P3P4P5P6焊接開始點(diǎn)焊接完成點(diǎn)退避點(diǎn)焊接中繼點(diǎn)焊接開始準(zhǔn)備點(diǎn)焊接完成退避點(diǎn)RemoteRemote模式u 機(jī)器人使用流程u開啟機(jī)器人、焊機(jī)、保護(hù)氣、送絲、接地到位；u將工件固定在工作臺或夾具上；u將示教盒打到Teach模式，新建程序（保存后使用）或選擇已編輯好程序；u按下使能鍵