机器人末端执行器

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1、机器人末端执行器2.机器人末端执行器 机器人末端执行器装在操作机手腕的前端(称机械接口)，用以直接执行 工作任务。根据作业任务的不同，它可以是夹持器或专用工具等。 夹持器是具有夹持功能的装置，如吸盘、机械手爪、托持器等； 专用工具是用以完成某项作业所需要的装置，如用于完成焊接作业的气 焊枪、点焊钳等。并由此，将焊接机器人又可细分为： C02焊机器人、TIG焊机器人、MAG/MIG焊机器人、气焊机器人、钎焊机器 人、点焊机器人、激光焊机器人等。 3传感器系统 机器人所用传感器又分为内部传感器和外部传感器二类。 前者用来检测自身状态的信息，主要是位置、速度、加速度等传感器， 并且作为反馈信号构成伺

2、服控制； 后者是用来检测机器人作业对象和作业环境信息的传感器，如测量夹持 器夹紧力的压力传感器，对外界进行识别的视觉、触觉、听觉等传感器 。 机器人常用传感器及其功能见表75。4控制器控制器是个专用计算机，相当于机器人的大脑，它以计算机程序方式来 完成给定任务。目前，大部分工业机器人都采用二级计算机控制： 第一级为主CPU，完成系统的监控、作业管理、自诊断等； 第二级为子CPU，完成各关节伺服系统的控制等。 图7.5中主CPU为总 控制器，主要进行系统控制和坐标计 算与变换 ，包括 坐标变换 、插补计 算、自动加减速计算、加速度验算、横摆计 算、自诊断 等。 子CPU主要作动作控制，包括脉冲分

3、配、机器人零点复位、零点减速和开关 位置检测等。 主CPU对子CPU的控制是以命令的形式通过FIFO栈来传递 的； 而子CPU的状态与请求是通过并行I0接口来进行的。 机器人控制器的控制功能大致有三类： 第一类是点位控制，简称为PTP控制，它只要求机器人手臂末端能快速准确地从 一点到相邻点运动，而对其运动路径不作具体规定。这种控制功能用于搬运、点 焊、装配等作业中。 第二类是连续路径控制，又称连续轨迹控制，简称CP控制。它不但要求机器人手 臂末端从一点到相邻点运动，而且要求所走过的路径是连续平滑的，这就需要插 补运算，所以这种控制功能多用于喷涂、弧焊、去飞边等作业中。 第三类是移动控制，它包括

4、对移动的路径、速度、目标跟踪、机器人操作机的稳 定平衡、越过障碍物及回避障碍物等的控制，这种控制功能多用于作业距离较长 或野外作业等需要机器人移动甚至行走的场合。 此外，机器人还有一类附加装置，如手动操作器、编程器、示教器等。用这些 附加装置可以进行手动调整机器人状态、编制机器人作业程序、示教作业参数或 输入修改系统参数等工作。 三、机器人的示教、编程及语言 1示教再现 为使机器人完成规定的任务，在工作前由操作者把作业要求的内容(如机器人 的运行轨迹、作业顺序、工艺条件等)预先教给机器人，进行这种操作称为示教 。 把示教的内容保存下来称为记忆。 使机器人按示教的内容动作称为再现。 例如，由操作

5、者对焊接机器人按实际焊接操作一步步的进行示教，机器人即将其 每一步示教的空间位置、焊枪姿态以及焊接参数等，顺序的、精确地存人控制器 计算机系统的相应存储区。 示教结束的同时，就会自动生成一个执行上述示教参数的程序。当实际待焊件到位时，只要 给机器人一个起焊命令，机器人就会精确的、无需人介入的一步步重现示教的全部动作，自 动完成该项焊接任务。 如果需要机器人去完成一项新的焊接任务(如汽车车型改变)，无需对机器人作任何改装，只 需要按新任务操作重新对机器人示教就可以实现。 如果在机器人控制器计算机内存中同时存储多种焊件的示教程序，在同一条生产线上就可以 很容易地实现多种焊件同时生产；而仅需在一种焊

6、件到来时，给机器人一个这种焊件的识别 编码即可，这就是所谓柔性。 示教是目前工业机器人所采用的主要编程方法，它是真实作业环境中的在线编程，可用手把 手和示教盒两种方法。图7.6给出一个用于点焊、弧焊的6自由度工业机器人的示教盒例子。 示教时可利用按键9、10 、11和12的6套键，使机 器人按关节坐标、机座 坐标或工具坐标运动。 键12中的10个键，还可 作数字键输入功能数据 。用关节坐标键18和笛 卡尔坐标键19设定各点 位置的坐标形式。 利用键16和17选择定位 精度，其中键16为精确 定位，键17为不精确定 位，即所谓路径点。为了再现和验证程 序，还有向前一步 键8、向后一步键7 以，及

7、连续键6。 此外，还可利用键 24、26、27、28和 3输入速度、子程 序、I0输入和输 出以及工具开闭功 能和功能数据。 最后利用记录键21 记录各步的位置和 功能数据信息。 如果必要，可利用 修改键20修改某步 的信息。2离线编程示教编程的缺点在于它是在线，示教过程中必须停工。离线编程则可克 服这一缺点。 所谓离线编程，即是在与机器人分离的装置上编制任务程序(为定义机器 人系统特定的任务所编制的运动和辅助功能的指令集，称任务程序)后， 再输入到机器人中的一种编程方法。 离线编程的优点： 可减少机器人停机时间； 让程序员脱离潜在的危险环境； 一套编程系统可以给多台机器人编程。 若机器人程序

8、格式不同，只要采用不同的后置处理即可。另外，该编程 能完成示教难以完成的复杂、精确的编程任务； 通过图形编程系统的动画仿真可验证和优化程序等。 因此，离线编程系统已成为机器人编程的发展趋向。该系统目前已有多 种供应市场，例如OSMAP公司的ROBCAD等。3编程语言 机器人语言是供用户编写机器人程序的专用计算机语言。 编程语言的功能决定了机器人的适应性和给用户的方便性，但至今还没有完全公 认的通用机器人编程语言，而每个机器人制造厂都有自己的语言。 机器人编程语言主要有两类： 面向机器人的编程语言与面向任务的编程语言。 (1)面向机器人的编程语言其主要特点是描述机器人的动作序列，每一条语句大 约

9、相当于机器人的一个动作，整个程序控制机器人完成全部作业。该语言有如下 三种： 专用的机器人语言，例如用于PUMA机器人上的V+语言，它具有集成化、多任务 、多处理器、良好的开发环境、较完备的语言功能，编程水平还可以进一步提高 ，有高精度定位系统(选件)等特点； 在现有计算机语言的基础上加机器人子程序库，例如美国机器人公司开发的AR Basic语言； 开发一种新的通用语言加上机器人子程序库，例如IBM公司开发的AML机器人语 言。 (2)面向任务的机器人编程语言 其特点是允许用户发出直接命令，以控制机器 人去完成一个具体的任务，而不需要说明机器人需要采取的每一个动作的细节。 如美国的RCCL，机

10、器人编程语言，就是用C语言和一组C函数来控制机器人运动的 任务级机器人语言。 焊接机器人的编程语言，目前都属于面向机器人的语言；面向任务的机器人语言 尚属开发阶段。 1机器人操作状态图如图7-7中的描述，机器人系统由一个有限状态自动化装置来建模。图中转 移编号的说明 ： 1装载，某些任务程序被装入机器人系 统控制器中。 2清除，由机器人系统控制器中移去任 务程序。 3赋值，已准备好一个已装载的任务程 序以供执行。 4去值，赋值的反面。 5程序开始，机器人进入ROBOT- EXECUTING状态。 6执行结束，机器人运动被停止，且机 器人被返回到ROBOTLOADED状态。 7程序复位，一个已暂

11、停的机器人被返回 到ROBOT-READY状态。 8暂停，机器人已临时 停止运动。 9继续 ，暂停的机器人返回到ROBOT- EXECUTING状态。 10清除(异常终止)，除任务程序未执行 完成外，其它与清除同。 11清除(舍弃)，除任务程序未开始外，其 它与清除同。 12应急动作，将机器人置入要求手动介 入状态。 2机器人操作状态说明 (1)ROBOT-IDEI。(机器人空闲) 该状态对应在系统内机器人没有任务程 序可用时的机器人状态。当机器人刚开始供电时，或当其完成一个任务程 序执行和任务程序由系统内移去时，将发生此状态。 (2)ROBOT-LOADED(机器人已装载) 该状态对应在系统

12、内有一个或多个可 用的任务程序时的机器人状态。 (3)ROBOT-READY(机器人准备完毕) 该状态表示一个可供机器人执行的任 务程序已被赋值。 (4)ROBOT-EXECUTING(机器人执行) 该状态中，机器人在操作，其运动是 使能运动。 (5)ROBOT-MOTION-PAUSED(机器人运动暂停) 该状态中运动不是使能运动 。机器人的任务程序可能在运行，也可能已停止。 (6)MANUAL-INTERVENTION-REQUIRED(要求手动介入) 在此状态中，全部运 动已经停止。 此时，为了完成某些其它的必要活动，需要靠机器人 的操作者执行某些局部动作。在此局部动作后，机器人才可进入

13、某一其它 状态。 除机器人操作状态外，机器人能够被描述为处于“正在本地控制中”或 “不在本地控制中”。 前者意味着某些本地作用因素，如操作员正在控制仪表板、示教盒或其 等同物上正在进行控制操作，以确定机器人可作哪些运动或机器人可运 行哪些任务程序； 若机器人“不在本地控制中”，则机器人可照常运行任务程序，此时， 任何本地作用因素都没有能力停止或修改在运行的任务程序。 带远程控制器的机器人，可由这种远程控制器取得对该机器人的控制权 。 除正常操作外，大多数机器人都具有校准机器人轴的辅助功能。此功能 按类似于正常任务程序的方式操作，除由于校准功能的存在使机器人不 处于LOADED状态外，服从图7-7的状态图。