工業(yè)機器人技術(shù)及應用(教案設(shè)計)4-初識工業(yè)機器人地作業(yè)示教

1、實用文檔第四章 初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教4.1 工業(yè)機器人示教的主要內(nèi)容4.1.1 運動軌跡4.1.2 作業(yè)條件4.1.3 作業(yè)順序?qū)W習目標導入案例課堂認知擴展與提高本章小結(jié)思考練習4.2 工業(yè)機器人的簡單試教學與再現(xiàn)4.2.1 在線示教及其特點4.2.2 在線示教的基本步驟其特點4.3 工業(yè)機器人的離線編程技術(shù)4.3.1 離線編程及其特點4.3.2 離線編程系統(tǒng)的軟件架構(gòu)4.3.3 離線編程的基本步驟課前回顧如何選擇機器人坐標系和運動軸？機器人點動與連續(xù)移動有何區(qū)別，分別適合在哪些場合運用？學習目標認知目標掌握工業(yè)機器人示教的主要內(nèi)容熟悉機器人在線示教的特點與操作流程熟悉機器人離線編程的特點

2、與操作流程掌握機器人示教- 再現(xiàn)工作原理能力目標能夠進行工業(yè)機器人簡單作業(yè)在線示教與再現(xiàn)能夠進行工業(yè)機器人離線作業(yè)示教與再現(xiàn)導入案例機器人職業(yè)前景分析對于機器人企業(yè)來說，他們需要的高端人才，至少應熟悉編程語言和仿真設(shè)計，以及神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制等常用控制算法，能達到指導員工的程度。在此基礎(chǔ)上，能依據(jù)實際情況自主研究算法。此外，最好還能主導大型機電一體化設(shè)備的研發(fā)，具備一定的管理能力。而其余調(diào)試，操作員工的要求相應遞減。跟據(jù)職能劃分，大概可分為四個工種：1. 工程師助手，主要責任是協(xié)助工程師繪制機械圖樣、電氣圖樣、簡單工裝夾具設(shè)計、制作工藝卡片、指導工人按照裝配圖進行組裝； 2. 機器人生產(chǎn)線試產(chǎn)

3、員與操作員；3. 機器人總裝與調(diào)試者；4. 高端維修或售后服務人員。課堂認知文案大全4.1 工業(yè)機器人示教的主要內(nèi)容目前，企業(yè)引入的以第一代工業(yè)機器人為主，其基本工作原理是“示教-再現(xiàn)”?！笆窘獭币卜Q導引，即由操作者直接或間接導引機器人，一步步按實際作業(yè)要求 告知機器人應該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容，機器人在導引過程中以程序的形 式將其記憶下來，并存儲在機器人控制裝置內(nèi)；“再現(xiàn)”則是通過存儲內(nèi)容的回 放，機器人就能在一定精度范圍內(nèi)按照程序展現(xiàn)所示教的動作和賦予的作業(yè)內(nèi)容 程序是把機器人的作業(yè)內(nèi)容用機器人語言加以描述的文件，用于保存示教操作中 產(chǎn)生的示教數(shù)據(jù)和機器人指令。機器人完成作業(yè)所需的信息

4、包括運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序 。4.1.1 運動軌跡運動軌跡是機器人為完成某一作業(yè)，工具中心點（ TCP ）所掠過的路徑，是機器 示教的重點。從運動方式上看，工業(yè)機器人具有點到點（PTP ）運動和連續(xù)路徑（CP ）運動2種形式。按運動路徑種類區(qū)分，工業(yè)機器人具有直線和圓弧2種動作類型。示教時，直線軌跡示教2個程序點（直線起始點和直線結(jié)束點）；圓弧軌跡示教3個程序點（圓弧起始點、圓弧中間點和圓弧結(jié)束點）。 在具體操作過程中，通 常PTP示教各段運動軌跡端點，而 CP運動由機器人控制系統(tǒng)的路徑規(guī)劃模塊經(jīng) 插補運算產(chǎn)生。.程序點4程序點1程序點3機器人運動軌跡機器人運動軌跡的示教主要是確認程序點

5、的屬性。每個程序點主要包含：位置坐標：描述機器人TCP的6個自由度（3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由 度）。插補方式：機器人再現(xiàn)時，從前一程序點移動到當前程序點的動作類型。再現(xiàn)速度：機器人再現(xiàn)時，從前一程序點移動到當前程序點的速度?？兆唿c：指從當前程序點移動到下一程序點的整個過程不需要實施作業(yè)，用于示教 除作業(yè)開始點和作業(yè)中間點之外的程序點。作業(yè)點：指從當前程序點移動到下一程序點的整個過程需要實施作業(yè)，用于作業(yè)開文案大全實用文檔始點和作業(yè)中間點?？兆唿c和作業(yè)點決定從當前程序點移動到下一程序點是否實施作業(yè)提示 作業(yè)區(qū)間的再現(xiàn)速度一般按作業(yè)參數(shù)中指定的速度移動， 而空走區(qū)間的移動速度則按移動命令中指定

6、的速度移動； 登錄程序點時，程序點屬性值也將一同被登錄。工業(yè)機器人常見插補方式插補方式 動作描述動作圖示關(guān)節(jié)插補機器人在未規(guī)定米取何種軌 跡移動時，默認采用關(guān)節(jié)插 補。出于安全考慮，通常在 程序點1用關(guān)節(jié)插補示 教。起點一舞點直線插補機器人從前一程序點到當前 程序點運一段直線，即直 線軌跡僅示教1個程序點 （直線結(jié)束點）即可。直線 插補主要用于直線軌跡的作 業(yè)小教。起點2圓弧插補機器人沿著用圓弧插補示教 的3個程序點執(zhí)行圓弧軌 跡移動。圓弧插補主要用于 圓弧軌跡的作業(yè)示教。. !/中間點起點7終點4.1.2作業(yè)條件工業(yè)機器人作業(yè)條件的登錄方法，有 3種形式：使用作業(yè)條件文件 輸入作業(yè)條件的文件

7、稱為作業(yè)條件文件。使用這些文件，可使 作業(yè)命令的應用更簡便。0008 MOVJ VJ =在作業(yè)命令的附加項中直接設(shè)定 首先需要了解機器人指令的語言形式，或程序編 輯畫面的構(gòu)成要素。程序語句一般由行標號、命令及附加項幾部分組成。8: J P1 100% FINE80.00 FANUC 機器人（b） YASKAWA 機器人程序語句的主要構(gòu)成要素手動設(shè)定在某些應用場合下，有關(guān)作業(yè)參數(shù)的設(shè)定需要手動進行。4.1.3作業(yè)順序作業(yè)順序不僅可保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且可提高效率。作業(yè)順序的設(shè)置主要涉及：作業(yè)對象的工藝順序在某些簡單作業(yè)場合，作業(yè)順序的設(shè)定同機器人運動軌跡的 示教合二為一。機器人與外圍周邊設(shè)備的動作順

8、序在完整的工業(yè)機器人系統(tǒng)中，除機器人本身 外，還包括一些周邊設(shè)備，如變位機、移動滑臺、自動工具快換裝置等。工業(yè)機器人四巨頭的機器人移動命令運動彬式移動方式移動命令aBBFAUCVASK.4WAKVKa點位運動PTPJMOVJPTP連續(xù)路徑運動匿瓏HMH VIi m園孤MoeCcMOVCCIRC在線示教因簡單直觀、易于掌握，是工業(yè)機器人目前普遍采用的編程方式。4.2.1在線示教及特點由操作人員手持示教器引導，控制機器人運動，記錄機器人作業(yè)的程序點并插入 所需的機器人命令來完成程序的編制。典型的示教過程是依靠操作者觀察機器人及其末端夾持工具相對于作業(yè)對象的位 姿，通過對示教器的操作，反復調(diào)整程序點

9、處機器人的作業(yè)位姿、運動參數(shù)和工 藝條件，再轉(zhuǎn)入下一程序點的示教。 教F -飛操作者手持小教器工業(yè)機器人的在線示教早期機器人作業(yè)編程系統(tǒng)中，亦有一種 人工牽引示教（也稱直接示教或手把手示 教）。即由操作人員牽引裝有力-力矩傳感器的機器人末端執(zhí)行器對工件實施作 業(yè)，機器人實時記錄整個示教軌跡與工藝參數(shù)，然后根據(jù)這些在線參數(shù)就能準確 再現(xiàn)整個作業(yè)過程。在線示教作業(yè)任務編制共同特點：1 ）利用機器人有較高的重復定位精度優(yōu)點，降低了系統(tǒng)誤差對機器人運動絕對 精度的影響。2 ）要求操作者有專業(yè)知識和熟練的操作技能，近距離示教操作，有一定的危險 性，安全性較差。3 ）示教過程繁瑣、費時，需要根據(jù)作業(yè)任務反

10、復調(diào)整末端執(zhí)行器的位姿，占用 了大量時間，時效性較差 。4 ）機器人在線示教精度完全靠操作者的經(jīng)驗目測決定，對于復雜運動軌跡難以 取得令人滿意的示教效果。5 ）機器人示教時關(guān)閉與外圍設(shè)備聯(lián)系功能。對需要根據(jù)外部信息進行實時決策 的應用就顯得無能為力。6 ）在柔性制造系統(tǒng)中，這種編程方式無法與 CAD數(shù)據(jù)庫相連接。4.2.2在線示教的基本步驟通過在線示教方式為機器人輸入從工件A點到B點文案大全（1）示教前的準備1 ）工件表面清理2 ） 工件裝夾。程序點說明程序點說明程序點說明程序點說明程序點1機器人原點程序點3作業(yè)開始點程序點5作業(yè)規(guī)避點程序點2作業(yè)臨近點程序點4作業(yè)結(jié)束點程序點6機器人原點（2

11、）新建作業(yè)程序作業(yè)程序是用機器人語言描述機器人工作單元的作業(yè)內(nèi)容，主要3 ）安全確認。用于登錄示教數(shù)據(jù)和機器人指令。程序點的登錄運動軌跡示教方法程序點示教方法程序點1（機器人原點）?按第3章手動操縱機器人要領(lǐng)移動機器人到原點。?將程序點屬性設(shè)定為“空走點”，插補方式選“ PTP ”。?確認保存程序點1為機器人原點。程序點2（作業(yè)臨近點）?手動操縱機器人移動到作業(yè)臨近點。?將程序點屬性設(shè)定為“空走點”，插補方式選“ PTP ”。?確認保存程序點2為作業(yè)臨近點。程序點3（作業(yè)開始點）?手動操縱機器人移動到作業(yè)開始點。?確認保存程序點3為作業(yè)開始點。?如有弟要，手動插入焊接開始作業(yè)命令。程序點4（作

12、業(yè)結(jié)束點）?手動操縱機器人移動到作業(yè)結(jié)束點。?將程序點屬性設(shè)定為“空走點”，插補方式選“直線插補”。?確認保存程序點4為作業(yè)結(jié)束點。?如啟需要，手動插入焊接結(jié)束作業(yè)命令。程序點5（作業(yè)規(guī)避點）?手動操縱機器人移動到作業(yè)規(guī)避點。?將程序點屬性設(shè)定為“空走點”，插補方式選“直線插補”。?確認保存程序點5為作業(yè)規(guī)避點。程序點6（機器人原點）?手動操縱機器人要領(lǐng)移動機器人到原點。?將程序點屬性設(shè)定為“空走點”，插補方式選“ PTP ”。?確認保存程序點6為機器人原點。（4）設(shè)定作業(yè)條件在作業(yè)開始命令中設(shè)定焊接開始規(guī)范及焊接開始動作次序；在焊接結(jié)束命令中設(shè)定焊接結(jié)束規(guī)范及焊接結(jié)束動作次序；手動調(diào)節(jié)保護氣

13、體流量。（5）檢查試運行跟蹤的主要目的是 檢查示教生成的動作以及末端工具指向位置是否已登錄單步運轉(zhuǎn)連續(xù)運轉(zhuǎn)通過逐行執(zhí)行當前行（光標所在 行）的程序通過逐行執(zhí)行當前行（光標所在 行）的程序語句，機器人實現(xiàn)兩個臨近程序點 問的單步語句的末尾，機器人完成多個程序 點的順向正向或反向移動。結(jié)束1行的執(zhí) 行后，機器連續(xù)移動。程序為順序執(zhí)行，所以 僅能實現(xiàn)，人動作暫停。正向跟蹤多用于作業(yè)周期估計。跟蹤方式確認機器人附近無人后，按以下順序執(zhí)行作業(yè)程序的測試運轉(zhuǎn)：1 ）打開要測試的程序文件。2）移動光標至期望跟蹤程序點所在命令行。3 ）持續(xù)按住示教器上的有關(guān)【跟蹤功能鍵】，實現(xiàn)機器人的單步或連續(xù)運轉(zhuǎn) 提示當機

14、器人TCP當前位置與光標所在行不一致時，按下【 跟蹤功能鍵】，機器人 將從當前位置移動到光標所在程序點位置；而當機器人 TCP當前位置與光標所在 行一致時，機器人將從當前位置移動到下一臨近示教點位置。執(zhí)行檢查運行時，不執(zhí)行起弧、噴涂等作業(yè)命令，只執(zhí)行空再現(xiàn)。利用跟蹤操作可快速實現(xiàn)程序點的變更、增加和刪除。（6）再現(xiàn)施焊工業(yè)機器人程序的啟動可用兩種方法：手動啟動：使用示教器上的【啟動按鈕】來啟動程序的方式。適合作業(yè)任務及測試階段。自動啟動：利用外部設(shè)備輸入信號來啟動程序的方式。在實際生產(chǎn)中經(jīng)常用到。在確認機器人的運行范圍內(nèi)沒有其他人員或障礙物后，接通保護氣體，采用手動啟動方式實現(xiàn)自動焊接作業(yè)。1

15、 ）打開要再現(xiàn)的作業(yè)程序，并移動光標到程序開頭。2 ）切換【模式旋鈕】至“再現(xiàn)/自動”狀態(tài)。3 ）按示教器上的【伺服 ON按鈕】，接通伺服電源。4 ）按【啟動按鈕】，機器人開始運行。提示執(zhí)行程序時，光標跟隨再現(xiàn)過程移動，程序內(nèi)容自動滾動顯示。4.3.1 離線編程及其特點離線編程是利用計算機圖形學的成果，建立起機器人及其工作環(huán)境的幾何 模型，通過對圖形的控制和操作，使用機器人編程語言描述機器人作業(yè)任務，然 后對編程的結(jié)果進行三維圖形動畫仿真，離線計算、規(guī)劃和調(diào)試機器人程序的正 確性，并生成機器人控制器可執(zhí)行的代碼，最后通過通訊接口發(fā)送至機器人控制操作者控制罌機器人的離線編程基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機器

16、人作業(yè)編程已成為機器人學中的新興研究方向,它將虛擬現(xiàn)實作為高端的人機接口，允許用戶通過聲、像、力以及圖形等多種交互設(shè)備實時地與虛擬環(huán)境交互。機器人的虛擬示教4.3.2 離線編程系統(tǒng)的軟件構(gòu)架典型的機器人離線編程系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，主要由建模模塊、布局模塊、編程模 塊、仿真模塊、程序生成及通訊模塊組成。用仿真軟件林甫化的圖恩用戶界面離畿計槨，規(guī)劃和調(diào)忒機器人程序機器人實作單元程序下我I程序上傳11/0配置I節(jié)拍預估I狀態(tài)監(jiān)控典型機器人離線編程系統(tǒng)的軟件架構(gòu)建模模塊：這是離線編程系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為機器人和工件的編程與仿真提供可視的三 維幾何造型。布局模塊：按機器人實際工作單元的安裝格局在仿真環(huán)境下進行整個

17、機器人系統(tǒng)模 型的空間布局。編程模塊：包括運動學計算、軌跡規(guī)劃等，前者是控制機器人運動的依據(jù)；后者用 來生成機器人關(guān)節(jié)空間或直角空間里的軌跡。仿真模塊：用來檢驗編制的機器人程序是否正確、可靠，一般具有碰撞檢查功能。程序生成：把仿真系統(tǒng)所生成的運動程序轉(zhuǎn)換成被加載機器人控制器可以接受的代 碼指令，以命令真實機器人工作。接口通訊：離線編程系統(tǒng)的重要部分分為用戶接口和通訊接口 ：前者設(shè)計成交互 式，可利用鼠標操作機器人的運動；后者負責連接離線編程系統(tǒng)與機器人 控制器。提示在離線編程軟件中，機器人和設(shè)備模型均為三維顯示，可直觀設(shè)置、觀察機器人 的位置、動作與干涉情況。在實際購買機器人設(shè)備之前，通過預先

18、分析機器人工 作站的配置情況，可使選型更加準確。離線編程軟件使用的力學、工程學等計算公式和實際機器人完全一致。因此，模 擬精度很高，可準確無誤地模擬機器人的動作。離線編程軟件中的機器人設(shè)置、操作和實際機器人上的幾乎完全相同，程序的編 輯畫面也與在線示教相同。利用離線編程軟件做好的模擬動畫可輸出為視頻格式，便于學習和交流。4.3.3 離線編程的基本步驟通過離線方式輸入從A到B作業(yè)點程序程序點4B為提高工作效率，通常將程序點6和程序點1設(shè)在同一位置。機器人運動軌跡離線編程的基本流程(1)幾何建模機器人工作臺的幾何建模提示各機器人公司開發(fā)的離線編程軟件的模型庫中基本含有其生產(chǎn)的所有型號的機器人本體模

19、型和一些典型周邊設(shè)備模型；在導入由其他CAD軟件繪制的機器人工作環(huán)境模型時，要注意參考坐標系是否一致問題。(2)空間布局提供一個與機器人進行交互的虛擬環(huán)境，需要把整個機器人系統(tǒng)(包括機器人本 體、變位機、工件、周邊作業(yè)設(shè)備等)的模型按照實際的裝配和安裝情況在仿真 環(huán)境中進行布局。機器人及其作業(yè)環(huán)境布局運動規(guī)劃運動規(guī)劃主要有兩個方面：作業(yè)位置規(guī)劃和作業(yè)路徑規(guī)劃 。作業(yè)位置規(guī)劃在機器人運動空間可達性的條件下，盡可能的減少機器人在作業(yè)過 程中的極限運動或機器人各軸的極限位置。作業(yè)路徑規(guī)劃在保證末端工具作業(yè)姿態(tài)的前提下，避免機器人與工件、夾具、周 邊設(shè)備等發(fā)生碰撞。機器人運動規(guī)劃提示同在線示教一樣，機

20、器人的離線運動規(guī)劃需新建一個作業(yè)程序以保存示教數(shù)據(jù)和 機器人指令。采用在線示教方式操作機器人運動主要是通過示教器上的按鍵，而離線編程操作 機器人三維圖形運動主要用鼠標。(4)動畫仿真系統(tǒng)對運動規(guī)劃的結(jié)果進行三維圖形動畫仿真，模擬整個作業(yè)情況，檢查末端工 具發(fā)生碰撞的可能性及機器人的運動軌跡是否合理，并計算機器人的每個工步的操作時間和整個工作過程的循環(huán)時間，為離線編程結(jié)果的可行性提供參考作業(yè)開始點仿真作業(yè)結(jié)束點仿真(5)程序生成及傳輸作業(yè)程序的仿真結(jié)果完全達到作業(yè)的要求后，將該作業(yè)程序轉(zhuǎn)換成機器人的控制 程序和數(shù)據(jù)，并通過通信接口下載到機器人控制柜，驅(qū)動機器人執(zhí)行指定的作業(yè) 任務。(6)運行確認

21、與施焊處于安全考慮，離線編程生成的目標作業(yè)程序在自動運轉(zhuǎn)前需跟蹤試運行。至此，機器人從工件A點到B點的離線作業(yè)編程操作完畢。提示開始再現(xiàn)前，請做如下準備工作：工件表面清理與裝夾、機器人原點確認。出于生產(chǎn)現(xiàn)場的復雜性、作業(yè)的可靠性等方面的考慮，工業(yè)機器人的作業(yè)示教在 短期內(nèi)仍將無法脫離在線示教的現(xiàn)狀。無論在線示教還是離線編程，其主要目的是完成機器人運動軌跡、作業(yè)條件和作 業(yè)順序的示教。實用文檔PC而q期里效果計穿機機器人忤刺裝里心、期悻作機機器人示教的主要內(nèi)容擴展與提高機器人作業(yè)程序的編輯常見的操作有程序點的追加、變更和刪除，機器人移動速度的修改以及機器人指 令的添加。1 .程序點的追加、變更和

22、刪除程序點編輯方法編輯類別1操作要領(lǐng)動作圖示示教點的 追加?使用跟蹤功能將機器人移動到程序點1位置。?手動操作機器人移動到新的目標點位置（程序 點3）。?點按示教器按鍵登錄程序點3。程序點1 n /y程序點3示教點的 變更?使用跟蹤功能將機器人移動到程序點2位置。?手動操作機器人移動到新的目標點位置。飛7K_ 程序點2示教點的 刪除?點按示教器按鍵登錄程序點2。?使用跟蹤功能將機器人移動到程序點2位置。?點按示教器按鍵刪除程序點2。程序點32 .機器人移動速度的修改示教再現(xiàn)操作過程中，涉及3類動作速度：手動操作機器人移動時的 示 教速度、運動軌跡確認時的 跟蹤速度、程序自動運轉(zhuǎn)時的 再現(xiàn)速度。

23、 文案大全示教速度使用示教器手動操作機器人移動的速度，分點動速度和連續(xù)移動速度。跟蹤速度使用示教器進行運行軌跡確認，或者程序編輯中跟蹤機器人到某一程序點位置時的移動速度。跟蹤操作時，一般有作業(yè)條件速度、移動命令速度以及高低檔速度切換三種選擇。再現(xiàn)速度運行示教程序的機器人移動速度。同跟蹤速度類似，在作業(yè)區(qū)間內(nèi)按照作業(yè)命令中的速度運行，而空走區(qū)間按照移動命令中的速度運行。3機器人指令的添加機器人指令分為以下幾類：動作指令、作業(yè)指令、寄存器指令、I/O 指令、跳轉(zhuǎn)指令和其他指令。動作指令: 指以指定的移動速度和插補方式使機器人向作業(yè)空間內(nèi)的指定位置移動的指令。作業(yè)指令: 依據(jù)機器人具體應用領(lǐng)域而編制

24、的一類指令，如碼垛指令、焊接指令搬運指令等。寄存器指令: 進行寄存器的算術(shù)運算的指令。I/O指令:改變向外圍設(shè)備的輸出信號，或讀取輸入信號狀態(tài)的指令。跳轉(zhuǎn)指令:使程序的執(zhí)行從程序某一行轉(zhuǎn)移到其他(程序的)行，如標簽指令、程序結(jié)束指令、條件轉(zhuǎn)移指令及無條件轉(zhuǎn)移指令等。其他指令:如計時器指令、注釋指令等。本章小結(jié)目前國際上商品化、實用化的工業(yè)機器人基本都屬屬于第一代工業(yè)機器人，它的基本工作原理是“示教 - 再現(xiàn)”?！笆窘獭本褪菣C器人學習的過程，“再現(xiàn)”是機器人按照示教時記錄下來的程序展現(xiàn)這些動工業(yè)機器人工作前，通常是通過“示教”的方法為機器人作業(yè)程序生成運動命令，目前主要采用兩種方式進行：一是在線示教；二是離線編程。對工業(yè)機器人的作業(yè)任務進行編程，不論是在線示教還是離線編程，其主要涉及運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序三方面的示教。思考練習1、填空(1) 也稱導引，即由操作者直接或間接導引機器人，一步步按實際作業(yè)要求告知機器人應該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容，機器人在導引過程中以 的形式將其記憶下來，并存儲在機器人控制裝置內(nèi)； 則是通過存儲內(nèi)容的回放，機器人就能在一定精度范圍內(nèi)按照程序展現(xiàn)所示教的動作和賦予的作業(yè)內(nèi)容。(