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1、工业机器人技术及应用, 初识工业机器人的作业示教,主 编：兰 虎,章节目录,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.1 运动轨迹,4.1.2 作业条件,4.1.3 作业顺序,思考练习,学习目标,导入案例,扩展与提高,课堂认知,4.2 工业机器人的简单试教学与再现,4.2.1 在线示教及其特点,4.2.2 在线示教的基本步骤其特点,4.3 工业机器人的离线编程技术,4.3.1 离线编程及其特点,4.3.2 离线编程系统的软件架构,返回,4.3.3 离线编程的基本步骤,目录,1/38,本章小结,课前回顾,所,处,位,置,如何选择机器人坐标系和运动轴？,机器人点动与连续移动有何区别，分别适合在哪些
2、场合运用？,【,课,前,回,顾,】,返回,目录,2/38,学习目标,所,处,位,置,掌握工业机器人示教的主,能够进行工业机器人简单,要内容,作业在线示教与再现,【,学,熟悉机器人在线示教的特,能够进行工业机器人离线,习,点与操作流程,目,作业示教与再现,标,熟悉机器人离线编程的特,】,点与操作流程,掌握机器人示教 - 再现工作,原理,返回,目录,3/38,认知目标,能力目标,导入案例,机器人职业前景分析,所,处,对于机器人企业来说，他们需要的高端人才，至少应熟悉编程语言和仿真设计，,位,置,以及神经网络、模糊控制等常用控制算法，能达到指导员工的程度。在此基础上，能,依据实际情况自主研究算法。此
3、外，最好还能主导大型机电一体化设备的研发，具备,【,一定的管理能力。而其余调试，,导,入,案,操作员工的要求相应递减。跟,例,】,据职能划分，大概可分为四个,工种： 1. 工程师助手，主要责,任是协助工程师绘制机械图样、,电气图样、简单工装夹具设计、,制作工艺卡片、指导工人按照,装配图进行组装； 2. 机器人生,产线试产员与操作员； 3. 机器人总装与调试者； 4. 高端维修或售后服务人员。,返回,目录,4/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,目前，企业引入的以第一代工业机器人为主，其基本工作原理是 “示教 - 再现” 。,所,处,位,“示教”也称导引，即由操作者直接或间接导引机器人，一步
4、步按实际作,置,业要求告知机器人应该完成的动作和作业的具体内容，机器人在导引过程中以,程序的形式将其记忆下来，并存储在机器人控制装置内；,【,“再现”则是通过存储内容的回放，机器人就能在一定精度范围内按照程,课,序展现所示教的动作和赋予的作业内容 程序是把机器人的作业内容用机器人语,堂,认,言加以描述的文件，用于保存示教操作中产生的示教数据和机器人指令。,知,】,机器人完成作业所需的信息包括 运动轨迹、作业条件和作业顺序 。,4.1.1 运动轨迹,运动轨迹是机器人为完成某一作业，工具中心点（ TCP ）所掠过的路径，是机,器示教的重点。从运动方式上看，工业机器人具有点到点（ PTP ）运动和连
5、续路,径（ CP ）运动 2 种形式。按运动路径种类区分，工业机器人具有直线和圆弧 2 种动,作类型。,返回,目录,5/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.1 运动轨迹,所,处,示教时，直线轨迹示教 2 个程序点（直线起始点和直线结束点）；圆弧轨迹,位,置,示教 3 个程序点（圆弧起始点、圆弧中间点和圆弧结束点）。在具体操作过程中,，通常 PTP 示教各段运动轨迹端点，而 CP 运动由机器人控制系统的路径规划模块,经插补运算产生。,【,课,堂,程序点 2,认,知,】,程序点 4,程序点 1,程序点 3,机器人运动轨迹,返回,目录,6/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.
6、1 运动轨迹,所,处,机器人运动轨迹的示教主要是确认程序点的属性 。每个程序点主要包含：,位,置,位置坐标 描述机器人 TCP 的 6 个自由度（ 3 个平动自由度和 3 个转动自由度）。,插补方式 机器人再现时，从前一程序点移动到当前程序点的动作类型。,【,课,再现速度 机器人再现时，从前一程序点移动到当前程序点的速度。,堂,认,空走点,指从当前程序点移动到下一程序点的整个过程不需要实施作业，用,知,于示教除作业开始点和作业中间点之外的程序点。,】,指从当前程序点移动到下一程序点的整个过程需要实施作业，用,作业点,于作业开始点和作业中间点。,空走点和作业点决定从当前程序点移动到下一程序点是否
7、实施作业。,作业区间的再现速度一般按作业参数中指定的速度移动，而空走,区间的移动速度则按移动命令中指定的速度移动；,登录程序点时，程序点属性值也将一同被登录。,提示,返回,目录,7/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.1 运动轨迹,所,工业机器人常见插补方式,处,位,置,插补方式,动作描述,动作图示,【,机器人在未规定采取何种轨,课,迹移动时，默认采用关节插补,堂,关节插补,认,。出于安全考虑，通常在程序,终点,知,点 1 用关节插补示教。,】,起点,机器人从前一程序点到当前,程序点运行一段直线，即直线,直线插补,轨迹仅示教 1 个程序点（直线,终点,结束点）即可。直线插补主要,用
8、于直线轨迹的作业示教。,起点,机器人沿着用圆弧插补示教,的 3 个程序点执行圆弧轨迹移,圆弧插补,动。圆弧插补主要用于圆弧轨,终点,中间点,返回,迹的作业示教。,目录,起点,8/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.2 作业条件,所,工业机器人作业条件的登录方法，有 3 种形式：,处,位,使用作业条件文件,输入作业条件的文件称为作业条件文件。使用这些文,置,件，可使作业命令的应用更简便。,在作业命令的附加项中直接设定,首先需要了解机器人指令的语言形式，,【,或程序编辑画面的构成要素。程序语句一般由行标号、命令及附加项几部分,课,堂,组成。,认,知,8:,J,P1 100% FINE,
9、0008,MOVJ,VJ = 80.00,】,(b) YASKAWA 机器人,(a) FANUC 机器人,程序语句的主要构成要素,手动设定,在某些应用场合下，有关作业参数的设定需要手动进行。,返回,目录,9/38,4.1 工业机器人示教的主要内容,4.1.3 作业顺序,所,处,作业顺序不仅可保证产品质量，而且可提高效率。作业顺序的设置主要涉及：,位,置,作业对象的工艺顺序 在某些简单作业场合，作业顺序的设定同机器人运,动轨迹的示教合二为一。,【,机器人与外围周边设备的动作顺序,课,在完整的工业机器人系统中，除机器,堂,人本身外，还包括一些周边设备，如变位机、移动滑台、自动工具快换装置,认,知,
10、等。,】,返回,目录,10/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,工业机器人四巨头的机器人移动命令,所,处,移动命令,位,运动形式,移动方式,置,ABB,FANUC,YASKAWA,KUKA,点位运动,PTP,MoveJ,J,MOVJ,PTP,直线,MoveL,L,MOVL,LIN,【,连续路径运动,圆弧,MoveC,C,MOVC,CIRC,课,堂,认,在线示教因简单直观、易于掌握，是工业机器人目前普遍采用的编程方式。,知,】,4.2.1 在线示教及特点,由操作人员手持示教器引导，控制机器人运动，记录机器人作业的程序点并,插入所需的机器人命令来完成程序的编制。,典型的示教过程是依靠操作者观
11、察机器人及其末端夹持工具相对于作业对象,的位姿，通过对示教器的操作，反复调整程序点处机器人的作业位姿、运动参数,和工艺条件，再转入下一程序点的示教。,返回,目录,11/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,4.2.1 在线示教及其特点,所,处,位,置,示,教,【,课,堂,认,知,】,控制器,再,现,操作者手,持示教器,工业机器人的在线示教,早期机器人作业编程系统中，亦有一种人工牵引示教（也称直接示教或手,把手示教）。即由操作人员牵引装有力 - 力矩传感器的机器人末端执行器对工件,实施作业，机器人实时记录整个示教轨迹与工艺参数，然后根据这些在线参数,返回,就能准确再现整个作业过程。,目录,1
12、2/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,4.2.1 在线示教及其特点,所,在线示教作业任务编制共同特点：,处,位,置,1 ）利用机器人有较高的重复定位精度优点，降低了系统误差对机器人运动绝,对精度的影响。,2 ）要求操作者有专业知识和熟练的操作技能，近距离示教操作，有一定的危,【,险性，安全性较差。,课,堂,认,3 ）示教过程繁琐、费时，需要根据作业任务反复调整末端执行器的位姿，占,知,用了大量时间，时效性较差 。,】,4 ）机器人在线示教精度完全靠操作者的经验目测决定，对于复杂运动轨迹难,以取得令人满意的示教效果 。,5 ）机器人示教时关闭与外围设备联系功能。对需要根据外部信息进行实时
13、决,策的应用就显得无能为力 。,6 ）在柔性制造系统中，这种编程方式无法与 CAD 数据库相连接。,返回,目录,13/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,4.2.2 在线示教的基本步骤,所,通过在线示教方式为机器人输入从工件 A 点到 B 点的加工程序。,处,位,置,程序点 1,程序点 6,【,课,程序点 2,堂,认,程序点 3,知,A,】,程序点 5,B,程序点 4,机器人运动轨迹, 为提高工作效率，通常将程序点 6 和程序点 1 设在同一位置。,程序点说明,说 明,说 明,说 明,程序点,程序点,程序点,程序点 1,程序点 3,程序点 5,机器人原点,作业开始点,作业规避点,返回,程
14、序点 2,程序点 4,程序点 6,作业临近点,作业结束点,机器人原点,目录,14/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,开始,(1) 示教前的准备,所,处,示教前的准备,1 ） 工件表面清理。,位,置,2 ） 工件装夹。,新建作业程序,手动操纵机器人,示,3 ） 安全确认。,教,【,运动轨迹示教,移动机器人到各个示教位置点,课,4 ） 机器人原点确认。,登录各个程序点及其属性,堂,认,设定作业条件,知,和作业顺序,(2) 新建作业程序,】,运行确认（跟踪）,作业程序是用机器人语言描述,机器人工作单元的作业内容，主要,添加、变更、删除程序点,否,满足要求？,编辑作业程序,用于登录示教数据和机
15、器人指令。,修改作业条件、作业顺序,再,是,现,执行作业程序,否,满足要求？,是,返回,结束,目录,在线示教基本流程,15/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,(3) 程序点的登录,运动轨迹示教方法,所,处,程序点,示教方法,位,按第 3 章手动操纵机器人要领移动机器人到原点。,置,程序点 1,将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。,（机器人原点）,确认保存程序点 1 为机器人原点。,手动操纵机器人移动到作业临近点。,【,程序点 2,将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。,课,（作业临近点）,确认保存程序点 2 为作业临近点。,堂,认,手动操纵机器人移
16、动到作业开始点。,知,将程序点属性设定为“作业点 / 焊接点”，插补方式选“直线插补”。,程序点 3,】,确认保存程序点 3 为作业开始点。,（作业开始点）,如有需要，手动插入焊接开始作业命令。,手动操纵机器人移动到作业结束点。,将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。,程序点 4,确认保存程序点 4 为作业结束点。,（作业结束点）,如有需要，手动插入焊接结束作业命令。,手动操纵机器人移动到作业规避点。,程序点 5,将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。,（作业规避点）,确认保存程序点 5 为作业规避点。,手动操纵机器人要领移动机器人到原点。,程序点 6,返回,将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。,（机器人原点）,目录,确认保存程序点 6 为机器人原点。,16/38,4.2 工业机器人的简单示教与再现,(4) 设定作业条件,所,在作业开始命令中设定焊接开始
