03工业机器人编程与操作——（中职课件）基础知识工业机器人的示教编程.ppt

03 工业机器人编程与操作工业机器人编程与操作（中职（中职课件）基础知识课件）基础知识 工业机器人的示教编工业机器人的示教编程程 5.1 5.1 工业机器人示教编程的概念及特点工业机器人示教编程的概念及特点 5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容 5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令 5.4 5.4 示教再现安全操作规程示教再现安全操作规程 5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 n 第5章 工业机器人的示教编程知识目标知识目标 1了解示教再现和离线编程的概念及特点。了解示教再现和离线编程的概念及特点。2掌握工业机器人示教的主要内容。掌握工业机器人示教的主要内容。3了解工业机器人示教编程的常见指令。了解工业机器人示教编程的常见指令。4掌握示教再现的操作方法。掌握示教再现的操作方法。能力目标能力目标 通过对简单程序示教再现方法的学习，能对其它通过对简单程序示教再现方法的学习，能对其它程序进行示教编程。程序进行示教编程。教学重点和难点教学重点和难点 1.工业机器人示教器功能键认知。工业机器人示教器功能键认知。2.工业机器人插补方式。工业机器人插补方式。3.工业机器人语言及常见指令。工业机器人语言及常见指令。4.示教再现的方法与步骤。示教再现的方法与步骤。概念 机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指示，规定机器人应该完成的动作和作业的具体内容，同时机器人控制装置会自动将这些指令存储下来，这个过程就称为对机器人的“示教”。“再现”则是通过存储内容的回放，使机器人在一定精度范围内按照程序展现示教的动作和作业内容。5.15.1工业机器人示教编程的概念及特点工业机器人示教编程的概念及特点5.1.1 5.1.1 示教再现的概念及特点示教再现的概念及特点5.15.1工业机器人示教编程的概念及特点工业机器人示教编程的概念及特点5.1.1 5.1.1 示教再现的概念及特点示教再现的概念及特点特点1.优点（1）设备简单（2）操作简便，易于掌握。（3）示教再现过程很快，示教后马上可应用。2.2.缺点缺点（1）编程占用机器人作业时间。（2）很难规划复杂的运动轨迹以及准确的直线运动。（3）示教轨迹的重复性差。（4）无法接受传感信息。（5）难以与其它操作或其它机器人操作同步。5.15.1工业机器人示教编程的概念及特点工业机器人示教编程的概念及特点5.1.2 5.1.2 离线编程的概念及特点离线编程的概念及特点概念 机器人离线编程可分为两类：基于文本的编程和基于图形的编程，目前常用的是基于图形的编程。基于图形的编程是利用计算机图形学的成果，建立起计算机及其工作环境的几何模型，并利用计算机语言及相关算法，通过对图形的控制和操作，在离线情况下进行机器人作业轨迹的规划。5.15.1工业机器人示教编程的概念及特点工业机器人示教编程的概念及特点5.1.2 5.1.2 离线编程的概念及特点离线编程的概念及特点特点特点 1.不需要实际机器人，只需机器人系统和工作环境的图形模型。2.编程时不影响机器人正常工作。3.通过仿真软件试验程序，可预先优化操作方案和运行周期。4.可用CAD方法进行最佳轨迹规划。5.可实现复杂运行轨迹的编程。5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.1 5.2.1 运动轨迹的示教运动轨迹的示教定义 机器人运动轨迹示教主要是为了完成某一作业，工具中心点（TCP）所掠过的路径，包括运动路径和运动速度的示教。对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用插补算法获得中间点的坐标，如直线需要示教两点，圆弧需要示教三点，如图5-1（a）和（b）所示。5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.1 5.2.1 运动轨迹的示教运动轨迹的示教 由此可见，机器人运动轨迹的示教主要是确认程序点的属性，每个程序点的属性主要包含以下4个信息：1.位置坐标：通过变换机器人的基坐标、关节坐标、工具坐标等使工具中心点到达指定位置，使用的坐标系不同时，工具中心点位置坐标的表达方式也不同。5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.1 5.2.1 运动轨迹的示教运动轨迹的示教 2.插补方式插补方式 表表5-1 5-1 工业机器人的常见插补方式工业机器人的常见插补方式5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.1 5.2.1 运动轨迹的示教运动轨迹的示教 3.空走点空走点/作业点作业点：机器人再现时，如从当前程序点到下一程序点不需要实施作业，则当前点就称为空走点，反之为作业点。4.进给速度进给速度：进速给度是指机器人运动的速度。在作业再现时，进给速度可以通过倍率进行修调，进给速度的单位取决于动作指令的类型。如，（1）J P1 50%FINE；（2）L P1 100mm/sec FINE；（3）C P1 P2 100mm/sec CNT50。5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.2 5.2.2 作业条件的示教作业条件的示教 定义 工业机器人常用的作业条件输入法主要有三种：1.使用作业条件文件：根据工业机器人应用领域的不同，各种专业机器人会安装不同的作业软件包，每个软件包会包含针对作业内容的不同作业条件文件。2.在作业指令中直接设定：作业指令中通常会显示部分作业条件，如，运动指令：J P1 100%FINE中，100%指的是机器人的进给速度，FINE指的是机器人的运动路径，类似这样的作业条件均可在指令中直接进行设定。3.手动设定：在某些作业场合中，一些作业参数需手动进行设定。如弧焊作业时保护气流量。5.2 5.2 工业机器人示教的主要内容工业机器人示教的主要内容5.2.3 5.2.3 作业顺序的示教作业顺序的示教 1.作业对象的工艺顺序：对于简单作业场合，作业顺序的设定跟运动轨迹点一致；对于复杂作业场合，作业顺序的设定涉及到机器人运动轨迹合理规划问题。2.机器人与外围设备的动作顺序：机器人与外围设备如焊机、变位机、移动滑台等的有效配合，以达到设定动作，减少停机时间，提高工作效率、安全性和作业质量。5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.1 5.3.1 运动指令运动指令 1.1.动作类型动作类型：指定采用什么运动方式来控制到达指定位置的运动路径。2.2.位置数据位置数据：指定运动的目标位置。3.3.进给速度进给速度：指定机器人运动的进给速度。4.4.定位路径定位路径：指定相邻轨迹的过渡形式。有FINE和CNT两种形式，FINE 相当于准确停止，CNT 相当于圆弧过渡，如图5-2所示。5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.1 5.3.1 运动指令运动指令图5-2 CNT与FINE运动路径图示运动指令格式如图5-3所示图5-3 机器人运动指令格式及图解 5.附加运动指令：指定机器人在运动过程中的附加执行指令。5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.1 5.3.1 运动指令运动指令5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.1 5.3.1 运动指令运动指令 不同机器人，其编程语言不尽相同，以运动类型的表达形式为例，常见工业机器人编程语言如表5-2所示。表5-2 常见工业机器人编程语言的对比5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.2 R5.3.2 R寄存器指令寄存器指令 寄存器指令主要是在寄存器上完成算术运算。根据运算表达式左值的类型，可以将寄存器指令分为：R寄存器、位置寄存器PRi指令及位置寄存器轴指令PRi,j。简单作业示教时经常使用的是R寄存器。R寄存器是一个存储数据的变量。指令格式：Ri=(value)，Ri=(value)指令把数值(value)赋值给指定的R寄存器。华数机器人i的范围是0到199，（value）常取常数，如R1=500。5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.3 I/O5.3.3 I/O指令指令 用于改变向外围设备的输出信号，或读取输入信号的状态。如WAIT X02,3=ON，表示等待外部设备给机器人一个数字信号；Y02,3=ON，表示给外部设备输出一个数字信号。02,3表示机器人信号输出端接线端口，如图5-4所示。图5-4 机器人接线端口5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.4 5.3.4 其他指令其他指令 条件指令 由IF开头，用于比较判断是否满足条件，若满足则执行后面的JMP或CALL指令。支持的比较运算符有：、=、=、=、，还可以使用逻辑与（AND）和逻辑或（OR）指令对这些条件语句进行运算。等待指令 用于在一个指定的时间段内，或者直到某个条件的满足时的时间段内，结束程序的指令，等待指令包括如下两种。5.3 5.3 工业机器人示教编程的语言及常见指令工业机器人示教编程的语言及常见指令5.3.4 5.3.4 其他指令其他指令 1.指定时间的等待指令指定时间的等待指令：等待一个指定的时间（以秒为单位）后，再执行后续程序。指令格式：WAIT(value)sec，value值可以为常数，也可为Ri。示例：（1）WAIT 10sec；（2）WAIT R1sec 2.条件等待指令：等待指定的条件满足后，再执行后续程序。如果没有指定操作，程序将无限期等待，直到满足指定的条件为止。流程控制指令 用来控制程序的执行顺序，控制程序从当前行跳转到指定行去执行，流程控制指令包括：标签指令、程序结束指令、无条件跳转指令、子程序调用指令。5.4 5.4 示教再现安全操作规程示教再现安全操作规程示教和手动操作时 1.禁止用力摇晃机器人手臂及在手臂上挂重物。2.示教时切勿戴手套，根据作业内容穿戴规定的工作服和保护用具等。3.不得擅自开启机器人，调试人员进入工作区域时应随身携带示教器，以免他人误操作。4.示教前，应仔细确认示教器上各功能键是否能正常工作。5.对于初学者，在手动操作时应尽量采用较低速度倍率。6.在规划机器人运动路径时，要考虑避让点。7.察觉有危险时，应立即按下【急停键】。5.4 5.4 示教再现安全操作规程示教再现安全操作规程再现和生产时 1.在开机运行前，须知道机器人根据所编程序将要执行的全部任务。2.须知道所有会左右机器人移动的开关、传感器和控制信号的位置和状态。3.当机器人处于自动模式时，应远离机器人本体动作区间。4.运行作业程序时，要事先跟踪检查一遍程序。5.机器人在运行中途停止时，一定要等待几分钟再靠近机器人，因为此时有可能是程序中编写了等待命令。5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤图5-5工业机器人示教再现流程图5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 根据工业机器人示教再现流程，以华中数控机器人为例，示教一个如图5-6所示的焊接程序。图5-6 弧焊机器人运动轨迹5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 示意图中6个程序点的含义见表5-3。表5-3 程序点含义5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 1.示教前的准备 （1）接通主电源 等待系统初始化 打开急停键 选择示教模式并设置合适的坐标系与手动操作速度 新建一个程序 录入程序点并入插机器人指令 1）设置坐标系：在基坐标系、关节坐标系、工具坐标系和工件坐标系下调节机器人位置，使其到达最佳作业状态。2）手动操作速度的设定：通过点击示教器屏幕上的修调值“+”和“-”来调整轴的移动速度（如图5-7所示，修调值越大，机器人行走速度越快。5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤图5-7 机器人手动操作界面5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 （2）作业前对工件的处理 1）工件表面清理 2）工件的装夹 3）安全确认 2.新建示教程序 点击示教界面下方左侧的“新建程序”按钮，在弹出的对话框中输入程序名，可新建一个空的程序文件，如图5-8所示，新建程序后的示教窗口如图5-9所示。5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤图5-8 程序名输入对话框图5-9 新建程序的示教窗口5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 3.程序点输入：图5-6的运动轨迹，示教方法参照下表（表5-4）。程序点 示教方法 程序点1（作业原点）（1）手动操作机器人到作业原点（2）将程序点1的属性设定为“空走点”，插补方式选“关节插补”（3）确认保存程序点1，作为作业原点 程序点2（作业临近点）（1）手动操作机器人到程序点2（2）将程序点2的属性设定为“空走点”，插补方式选“关节插补”（3）确认保存程序点2，作为作业临近点 程序点3（起弧点）（1）手动操作机器人到程序点3（2）将程序点3的属性设定为“作业点”，插补方式选“直线插补”（3）确认保存程序点3，作为作业开始点（起弧点）（4）有必要时，手动插入焊接开始时的命令 5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤程序点 示教方法 程序点4（收弧点）（1）手动操作机器人到程序点4（2）将程序点4的属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”（3）确认保存程序点4，作为作业结束点（收弧点）（4）有必要时，手动插入焊接结束命令 程序点5（作业规避点）（1）手动操作机器人到程序点5（2）将程序点5的属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”（3）确认保存程序点5，作为作业规避点 程序点6（作业原点）（1）手动操作机器人到程序点6（2）将程序点6的属性设定为“空走点”，插补方式选“关节插补”（3）确认保存程序点6，作为作业原点注：此例中程序点6和程序点1属同一点5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 4.设定作业条件及作业顺序 本例中，焊接作业条件包含：（1）在程序点3设定起弧命令以及焊接开始动作的顺序；（2）在程序点4设定收弧命令以及焊接结束的动作顺序；（3）在编辑模式下，也可设定合理的焊接工艺参数，并手动调节保护气体流量。输入作业轨迹、作业条件和作业顺序后，生成的程序如下：1：Y02,3=ON 2:J P1 50%FINE 3:J P2 50%FINE 4:L P3 500mm/sec FINE 5:ARC_START24V,200A 6:L P4 50mm/sec FINE 7:ARC_END24V,200A,0sec 8:L P5 500mm/sec FINE 9:J P1 50%FINE 10：END5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 5.运行确认（跟踪）完成整个示教过程后，为确保各程序点及其参数设定正确，需进行跟踪确认，常采用的跟踪方式有：（1）单步运行：系统会在执行完一行程序后停止。（2）连续运行：系统会连续运行完整个程序。6.执行作业程序 程序经检查无误后，如需执行作业程序，操作步骤如下：（1）切换至“自动运行”界面（图5-10）。图 5-10 自动运行界面5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 （2）加载程序 点击“加载程序”，会显示当前可用的所有程序文件的列表，如图5-11所示，选择并加载其中一个程序文件，机器人会根据文件内容进行相关的动作。图 5-11 程序加载界面5.5 5.5 示教再现的方法与步骤示教再现的方法与步骤 （3）自动运行程序 自动运行程序界面中的“启动/暂停”按钮和“停止”按钮可控制程序运行的启停。“连续/单步”按钮和“单周/循环”按钮可设置程序自动运行的方式。至此，图5-6的焊接作业示教再现过程全部完成。实训任务实训任务实训内容 示教一个如图5-12所示的工件搬运程序。图5-12 机器人搬运轨迹示意图实训目的 1.熟悉图示搬运过程的运动轨迹。2.掌握示教再线的操作方法与步骤。3.通过示教，熟悉机器人常用指令。实训方法 1.写出图示中各程序点的含义。2.明确运动轨迹，并说明各程序点的示教方法。3.熟悉并测试机器人控制柜及示教器上的常用按钮。4.排除机器人周围障碍，开始实训。5.课后撰写实训报告。实训任务实训任务拓展与提高拓展与提高1.机器人插补方式的运用（以松下焊接机器人为例说明）（1）圆弧插补的运用（直线插补适用于圆弧起始点）两个及两个以上圆弧路径组合的情况，在保存下一个独立圆弧路径起始点之前，将两个圆弧路径共有的示教点保存为一个直线插补点或PTP插补点，如图5-13中的a点所示。图5-13 圆弧插补的运用实例 拓展与提高拓展与提高 （2）直线插补的运用 对于焊接机器人，常会沿着一条直线做一定振幅的摆动运动。直线摆动程序先示教一个摆动起始点（如MOVELW)，再示教两个振幅点（如WEAVEP）和一个摆动结束点（如MOVELW）完成，设置方式如图5-14所示，具体说明见表5-5。主路径振动结束点（MOVELW)振幅点2（WEAVEP)振幅点1(WEAVEP)摆动起始点(WEAVEP)图5-14 直线摆动插补方式拓展与提高拓展与提高1）摆动起始点 2）振幅点1 在摆动起始点按回车键，出现示教点登录窗口；确定插补方式为“MOVELW”焊接点，并设置其它参数，按回车键或单击屏幕上的“OK”按钮，作为摆动起始点保存该点；屏幕出现“是否将下一示教点设为振幅点”的确认界面，单击“是”。移动机器人到振幅点1，按回车键，在弹出的对话框中设置插补方式为“WEAVEP”，并设置其它参数，按回车键或单击屏幕上的“OK”按钮，作为振幅点1保存该点屏幕再次出现“是否将下一示教点设为振幅点”的确认界面，单击“是”。表表5-5 直线摆动插补方式运用说明直线摆动插补方式运用说明拓展与提高拓展与提高3）振幅点2 4）摆动结束点 移动机器人到振幅点2采用与振幅点1同样的方式保存振幅点2；如果摆动形式为4或5，则以同样的方式多示教两个点3和4移动机器人到摆动结束点，按回车键，弹出增加示教点对话框，插补方式设为“MOVELW”，按回车键或单击屏幕上的“OK”按钮，作为摆动结束点保存该点；屏幕出现“是否将下一示教点设为振幅点”的确认界面，单击“否”。拓展与提高拓展与提高 2.机器人作业程序的编辑 利用机器人的运行确认(跟踪)操作，可以检查出示教点对应的操作命令是否合适，如不合适可编辑、改变示教点的位置和数据，具体操作说明见表5-6。表5-6 示教点的编辑编辑内容 操作说明 动作图示 示教点的增加 利用跟踪功能移动机器人到需要新增示教点的位置；手动操作机器人到新增示教点的位置（示教点3）；编辑类型切换为增加；进入增加示教点对话框后，设置相应参数并单击“确定”按钮，保存新增示教点。拓展与提高拓展与提高示教点的改变 利用跟踪功能移动机器人到要更改的示教点的位置（示教点2）；转换编辑类型为替换；手动操作机器人到新的目标点的位置（示教点4）；进入改变示教点对话框后，设置相应参数并单击“确定”按钮，更新示教点。示教点的删除 利用跟踪功能移动机器人到要删除的示教点的位置（示教点2）；编辑类型切换为删除；进入删除示教点对话框后，设置相应参数并单击“确定”按钮，删除该点。拓展与提高拓展与提高 3.工具中心点（TCP）的标定 目前，常采用多点（三点、四点、五点、六点）标定法对机器人工具坐标系进行标定，标点点数越多，工具坐标系的准确度越高，从而机器人的运动轨迹越精确。以华中数控HSR-6 android机器人为例，来说明工具坐标系的三点标定法。点击“工具坐标设定”，可设置相应工具坐标系的各个坐标值，如图5-15所示。拓展与提高拓展与提高图 5-15 工具坐标系设定界面 拓展与提高拓展与提高 工具坐标系三点标定的详细操作步骤如下：（1）在机器人运动范围内找一个固定位置作为参考点；（2）在工具上确定一个参考点（一般为工具中心点）；（3）点击工具坐标系进入到工具坐标系界面，选中需要标定的工具号（工具0不能被标定），点击“坐标标定”，如图5-16所示。图5-16 坐标标定拓展与提高拓展与提高 （4）在图5-16所示对话框中，点击下拉框可选择标定方式，此处选择三点标定，选中一个被标定点，如选择“接近点1”，然后点击“修改位置”，会显示图5-17所示手动运行界面，供用户手动修改工具参考点位置到固定点。图5-17 修改位置拓展与提高拓展与提高 （5）点动机器人到想要记录的点，点击“记录位置”即为确认修改接近点的坐标值，接近点1位置记录完成。界面如图5-18所示，开始记录接近点2的位置；图5-18 接近点1指定完成拓展与提高拓展与提高 （6）按照上述方法指定接近点2、3的位置，当三个位置都显示已修改时，按下“确认”，即完成三点标定。说明：接近点1、2、3是指采用三种不同姿态尽可能接近同一固定点。六点标定与三点标定原理相同，只是在三点的基础上多增加了三个不同姿态的位置点，如图5-19。拓展与提高拓展与提高图5-19 工具坐标系六点标定图示本章小结本章小结 1.机器人常见的示教再现方法有：直接示教（人工牵引示教）和示教盒示教两种。目前普遍采用的示教盒示教编程方式。2.示教再现的主要内容为：运动轨迹的示教、作业条件和作业顺序的示教，其中作业轨迹的示教是机器人示教的重点内容。3.任何一个完整的示教作业都要经历上述三个示教过程，运动轨迹的示教关键要清楚每一程序点的属性；作业条件示教时会涉及一些工艺参数及作业指令，要求操作者对相关作业的工艺和机器人指令有所了解；简单的作业过程，作业顺序的设定同机器人运动轨迹的示教合二为一，对于较复杂的作业过程，还需考虑机器人与外围设备的相互协调配合。思考练习思考练习 1填空题 （1）_机器人是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。（2）对于动作复杂、操作精度要求高的工业机器人，一般采用_编程方式。（3）机器人运动轨迹的控制方式有_和_两种，_控制方式只需示教各段运动轨迹的端点。（4）由于机器人应用场合不同，机器人末端器安装的工具也有所不同，机器人的最终使用精度取决于末端执行器的_上。（5）_操作用于检查在示教操作中所保存程序点的真实位置和条件。利用此操作可以找到示教点对应的命令，从而对程序点进行编辑。思考练习思考练习 2选择题 （1）示教-再线控制为一种在线编程方式，它的最大问题（）A 操作人员劳动强度大 B 占用生产时间 C 操作人员安全问题 D 容易产生废品 （2）通常对机器人进行示教编程时,要求最初程序点与最终程序点的位置（），可提高工作效率。A相同 B不同 C无所谓 D分离越大越好 （3）对机器人进行示教时，模式旋钮打到示教模式后，在此模式中，外部设备发出的启动信号（）。A无效 B有效 C延时后有效 思考练习思考练习（4）对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用（）获得中间点的坐标。A 优化算法 B平滑算法 C 预测算法 D插补算法（5）与示教再现编程方式相比，离线编程具有如下优点：（）占用机器人的时间较短；使编程人员远离危险的工作环境；便于机器人程序的修改；可实现多台机器人和辅助外围设备的示教和协调；便于和CAD或CAM系统结合 A B C D 思考练习思考练习 3.简答与分析题 （1）如下图所示，假设直线线段为PTP移动在圆弧段进行焊接，请按从左开始至右结束的顺序，标出各点的插补类型（包括焊接点和空走点）？（2）机器人运动指令中的定位路径有几种形式？分别用于什么情况下？（3）工业机器人示教时，对工具中心点（TCP）标定的意义？