智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應用 教案 4-2 工業(yè)機器人示教與操作

XXXXX學院單元教學設(shè)計XXXX—XXX學年第X學期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標題工業(yè)機器人示教與操作教學目的讓學生理解機器人運動形式，并對機器人進行簡單示教。教學目標能力（技能）目標知識目標（1）能正確區(qū)分機器人各種坐標系和運動類型。（2）能正確使用機器人示教器對機器人進行簡單操作。（1）掌握工業(yè)機器人示教器常用按鍵的功能。（2）掌握工業(yè)機器人不同坐標系的含義和差別。（3）掌握機器人在不同坐標系下示教器點動示教方向按鍵和各個關(guān)節(jié)軸運動的對應關(guān)系。重點難點及解決方法重難點：工業(yè)機器人示教與操作解決方法：理論講解，通過多媒體等手段解讀任務，視頻教學，提示學生如何攻破討論的問題。在學習過程中，緊密結(jié)合課程上機、實驗或者實踐環(huán)節(jié)加深對機器人點位示教的認識和理解。參考資料[1]汪勵,陳小艷.工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成[M].機械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機器人編程、維護與外圍集成[M].機械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項萬明.工業(yè)機器人應用編程(FANUC)初級[M].機械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機器人應用編程與集成技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應用教程[M].機械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機械工業(yè)出版社,2023.單元教學設(shè)計第一部分：復習上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導入及學習新內(nèi)容（45min理論）【步驟一】新課導入引導問題觀察YL-566D型生產(chǎn)性實訓系統(tǒng)M-20iA工業(yè)機器人。該型號機器人一共有幾個關(guān)節(jié)軸，每個關(guān)節(jié)軸可實現(xiàn)哪種動作？請同學根據(jù)所學所識積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識的講授一、示教器的使用如圖所示是FANUC機器人示教器的正反面外觀和主要按鈕功能，正常使用示教器前要將控制柜的運動模式調(diào)整到T1或T2（不要在Auto模式）才能進行手動示教。同時，控制柜的急停按鈕和示教器的急停按鈕必須同時松開，示教器才能為用戶所使用。機器人調(diào)試過程中出現(xiàn)問題，迅速按下任何一個急停按鈕，機器人會馬上停止。（a）示教器正面（b）示教器反面如圖所示是示教器按鍵面板的簡單功能按鍵名稱。通過對這些常用功能按鍵的學習和熟悉，才能更好的對機器人進項示教操作。如下表為各個按鍵的功能介紹。表1FANUC機器人示教器按鍵功能介紹按鍵圖標按鍵名稱按鍵功能功能鍵組用來選擇屏幕畫面最下行的功能鍵菜單返回鍵用于返回到上一級。只有從屬關(guān)系的菜單才能夠返回，而相互獨立的菜單或界面不能返回翻頁鍵將功能鍵菜單切換到下一頁Shift鍵SHIFT鍵與其他鍵同時按下時，可以進行點動進給、位置數(shù)據(jù)的示教、程序的啟動。左右的SHIFT鍵功能相同菜單鍵按下顯示出畫面菜單輔助鍵按下顯示輔助菜單編程建組SELECT（一覽）鍵用來顯示程序一覽畫面EDIT（編輯）鍵用來顯示程序編輯界面DATA（數(shù)據(jù)）鍵用來顯示數(shù)據(jù)畫面光標鍵光標鍵用來移動屏幕畫面里的光標重置鍵按住松手安全開關(guān)的同時按住重置鍵可取消異常狀態(tài)輸入鍵用于數(shù)值的輸入和菜單的選擇取消鍵用來刪除光標位置之前一個字符或數(shù)字項目選擇鍵用于輸入行號后移動光標至該行單步/連續(xù)鍵用于測試運轉(zhuǎn)時的單步執(zhí)行和連續(xù)執(zhí)行的切換暫停用來暫停程序的執(zhí)行前進后退鍵FED（前進）鍵、BDW（后退）鍵（+SHIFT鍵）用于程序的啟動。在程序執(zhí)行中松開SHIFT鍵時，程序執(zhí)行暫停。手動進給坐標鍵用來切換手動進給坐標系。依次進行如下切換；“關(guān)節(jié)”→“手動”→“世界”→“工具”→“用戶”→“關(guān)節(jié)”。當同時按下此鍵與SHIFT鍵時，出現(xiàn)用來進行坐標系切換的點動菜單。組切換鍵按住GROUP（組切換）鍵的同時，按住希望變更的組號碼的數(shù)字鍵，即可變更為該組。倍率鍵倍率鍵用來進行速度倍率的變更。依次進行如下切換：“VFINE（微速）”→“FINE（低速）”→1％→5％→50％→100％（5％以下時以1％為刻度切換，5％以上時以5％為刻度切換）。點動鍵點動鍵，與SHIFT鍵同時按下可以進行機器人點動進給運動。數(shù)字鍵輸入數(shù)字數(shù)值切屏鍵單獨按下的情況下，移動操作對象畫面。在與SHIFT鍵同時按下的情況下，分割屏幕（單屏、雙屏、三屏）。位置顯示鍵用來顯示當前位置畫面二、機器人坐標系和運動類型工業(yè)機器人坐標系可以歸納為以下四類：關(guān)節(jié)坐標、世界坐標、用戶坐標、工具坐標。用“COORD”可對不同坐標系進行切換。下面將對以上四種坐標系及其坐標系下的運動類型進行介紹。（一）關(guān)節(jié)坐標系機器人沿各軸軸線進行單獨動作，所使用的坐標系稱關(guān)節(jié)坐標系。關(guān)節(jié)坐標系在機器人調(diào)試完成后就設(shè)定完成，不可更改。以目前常用的六軸機器人為例，如圖4-12，關(guān)節(jié)坐標系表示機器人每個運動軸的位置量。機器人自身具備六個關(guān)節(jié)軸，其中，軸1、軸2、軸3為機器人的基本軸，實現(xiàn)末端執(zhí)行器在工作空間中的位置運動。軸4、軸5、軸6為機器人的腕部軸，實現(xiàn)末端執(zhí)行器在工作空間中的姿態(tài)運動。各個關(guān)節(jié)軸運動形式與示教器上按鍵對應關(guān)系如表4-6所示。此外，機器人工作站中若具有外部運動機構(gòu)，則具備外部軸，為軸7（地軌）。外部機構(gòu)與機器人的控制柜連接，通過示教器直接控制其運動，如圖4-13所示：圖4-12工業(yè)機器人各關(guān)節(jié)軸示意圖4-13工業(yè)機器人第七軸（地軌）示意表4-6關(guān)節(jié)坐標系下示教器按鍵對應動作按鍵對應動作J1左右旋轉(zhuǎn)J2垂直臂上下J3水平臂前后J4水平臂旋轉(zhuǎn)J5臂旋轉(zhuǎn)J6法蘭旋轉(zhuǎn)J7地軌平移（二）世界坐標系一個物體在空間中，通過一個點可以確認其位置，以該點為原點建立一個空間直角坐標系，其坐標系X、Y、Z軸的方向則可確定其姿態(tài)。機器人系統(tǒng)便是基于這一原理，來實現(xiàn)工作站中各作業(yè)點的準確定位。機器人的世界坐標采用的是笛卡兒坐標，可以按照圖4-14所示的方法用右手定則判定，即站在機器人正前方，面向機器人，舉起右手，XYZ的正方向如下：中指所指方向為X+，拇指所指方向為Y+，食指所指方向為Z+。不管機器人處于什么位置，均可沿設(shè)定的X軸、Y軸、Z軸平行移動。右手定則世界坐標方向圖4-14機器人世界坐標的確定圖4-15機器人世界坐標系下對應動作示意用“COORD”鍵可以切換到世界坐標系下。Jl-J6軸對應的移動鍵不再按表4-6和圖4-12所示運動工作。此時，按Jl、J2、J3的移動鍵會變成沿對應軸方向的平移動作，按J4、J5、J6鍵則會變沿對應軸的旋轉(zhuǎn)動作。這一“旋轉(zhuǎn)”是針對工具的旋轉(zhuǎn)。需要注意的是，機器人在關(guān)節(jié)坐標系下的動作是單軸運動的，在直角坐標系下則是多軸聯(lián)動的。世界坐標系下示教上各按鍵對應機器人動作如圖4-15和表4-7所示。表4-7世界坐標系下示教器按鍵對應動作按鍵對應動作沿X軸方向移動沿Y軸方向移動沿Z軸方向移動沿X軸旋轉(zhuǎn)沿Y軸旋轉(zhuǎn)沿Z軸旋轉(zhuǎn)（三）工具坐標系工具坐標系是用來定義工具中心點（TCP）的位置和工具姿態(tài)的坐標系。工具坐標系將工具中心點設(shè)為零位，由此定義工具的位置和方向。工具坐標系必須事先進行設(shè)置，若沒有設(shè)置，將由默認工具坐標系來替代該坐標系。工具坐標系把機器人腕部法蘭盤所持工具的有效方向作為Z軸。假定工具的有效方向為Z軸方向，用右手定則可確定Y軸和X軸，如圖4-16所示。示教器中可設(shè)定多個不同編號的工具坐標系。其中，0號工具坐標為基礎(chǔ)工具坐標，不可設(shè)定、修改，該坐標與直角坐標相同。工具坐標1-10號用戶可根據(jù)實際工具情況進行設(shè)定。圖4-16機器人工具坐標系舉例圖4-17機器人用戶坐標系舉例（四）用戶坐標系用戶坐標可以根據(jù)機器人的工作環(huán)境來定義，如果沒有定義，就默認與機器人的世界坐標重合，機器人只有一個世界坐標，用戶是不能修改的。如圖4-17所示，機器人可以根據(jù)工作臺設(shè)立用戶坐標，用戶坐標的方向不一定與世界坐標相同，可根據(jù)實際動作需要進行設(shè)定。示教器中可設(shè)定多個不同編號的用戶坐標系。0號用戶坐標系為基準用戶坐標系，不可設(shè)定、修改，該坐標系和直角坐標系相同。用戶坐標1-10號用戶可根據(jù)需要設(shè)定。在工具坐標系下，按鍵動作原理同世界坐標系?！静襟E二】任務實施（90min實踐）任務內(nèi)容：熟悉工業(yè)機器人示教器界面分別調(diào)取示教器FCTN功能菜單和MENU菜單，并拍照記錄針對機器人進行不同坐標系切換，并拍照記錄在關(guān)節(jié)坐標系下，分別以不同移動速率移動機器人，熟悉示教器按鍵和機器人各關(guān)節(jié)動作的對應關(guān)系在世界