工業(yè)機器人技術應用(教案)4初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教

工業(yè)機器人技術及應用(教課設計)4初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教工業(yè)機器人技術及應用(教課設計)4初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教工業(yè)機器人技術及應用(教課設計)4初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教第四章初識工業(yè)機器人的作業(yè)示教4.1工業(yè)機器人示教的主要內容運動軌跡作業(yè)條件作業(yè)次序學習目標導入事例課堂認知擴展與提升本章小結思慮練習4.2工業(yè)機器人的簡單試教課與再現(xiàn)在線示教及其特色在線示教的基本步驟其特色4.3工業(yè)機器人的離線編程技術離線編程及其特色離線編程系統(tǒng)的軟件架構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)挪動有何差別，分別合適在哪些場合運用？學習目標認知目標掌握工業(yè)機器人示教的主要內容熟習機器人在線示教的特色與操作流程熟習機器人離線編程的特色與操作流程掌握機器人示教-再現(xiàn)工作原理能力目標可以進行工業(yè)機器人簡單作業(yè)在線示教與再現(xiàn)可以進行工業(yè)機器人離線作業(yè)示教與再現(xiàn)導入事例機器人職業(yè)遠景解析對于機器人企業(yè)來說，他們需要的高端人材，最少應熟習編程語言和仿真設計，以及神經網絡、模糊控制等常用控制算法，能達到指導員工的程度。在此基礎上，能依如實質狀況自主研究算法。其余，最好還可以主導大型機電一體化設備的研發(fā)，具備必定的管理能力。而其余調試，操作員工的要求相應遞減。跟據職能劃分，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、簡單工裝夾具設計、制作工藝卡片、指導工人依照裝置圖進行組裝；2.機器人生產線試產員與操作員；3.機器人總裝與調試者；4.高端維修或售后服務人員。課堂認知14.1工業(yè)機器人示教的主要內容當前，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，一步步按實質作業(yè)要求見告機器人應該達成的動作和作業(yè)的詳盡內容，機器人在導引過程中以程序的形式將其記憶下來，并儲存在機器人控制裝置內；“再現(xiàn)”則是經過儲存內容的回放，機器人就能在必定精度范圍內依照程序顯現(xiàn)所示教的動作和給予的作業(yè)內容程序是把機器人的作業(yè)內容用機器人語言加以描述的文件，用于保存示教操作中產生的示教數據和機器人指令。機器人達成作業(yè)所需的信息包含運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)次序。運動軌跡運動軌跡是機器人為達成某一作業(yè)，工具中心點（TCP）所掠過的路徑，是機器示教的要點。從運動方式上看，工業(yè)機器人擁有點到點（PTP）運動和連續(xù)路徑（CP）運動2種形式。按運動路徑種類劃分，工業(yè)機器人擁有直線和圓弧2種動作種類。示教時，直線軌跡示教2個程序點（直線初步點和直線結束點）；圓弧軌跡示教3個程序點（圓弧初步點、圓弧中間點和圓弧結束點）。在詳盡操作過程中，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)劃模塊經插補運算產生。機器人運動軌跡機器人運動軌跡的示教主若是確認程序點的屬性。每個程序點主要包含：地址坐標:描述機器人TCP的6個自由度（3個平動自由度和3個轉動自由度）。插補方式:機器人再現(xiàn)時，從前一程序點挪動到當前途序點的動作種類。再現(xiàn)速度:機器人再現(xiàn)時，從前一程序點挪動到當前途序點的速度?？兆唿c:指從當前途序點挪動到下一程序點的整個過程不需要實行作業(yè)，用于示教除作業(yè)開始點和作業(yè)中間點以外的程序點。作業(yè)點:指從當前途序點挪動到下一程序點的整個過程需要實行作業(yè)，用于作業(yè)開2始點和作業(yè)中間點?？兆唿c和作業(yè)點決定從當前途序點挪動到下一程序點能否實行作業(yè)。提示作業(yè)區(qū)間的再現(xiàn)速度一般按作業(yè)參數中指定的速度挪動，而空走區(qū)間的挪動速度則按挪動命令中指定的速度挪動；登錄程序點時，程序點屬性值也將一同被登錄。工業(yè)機器人常有插補方式插補方式動作描述動作圖示機器人在未規(guī)定采納何種軌跡挪動時，默認采納關節(jié)插關節(jié)插補補。出于安全考慮，平時在程序點1用關節(jié)插補示教。機器人從前一程序點到當前程序點運行一段直線，即直線軌跡僅示教1個程序點直線插補（直線結束點）即可。直線插補主要用于直線軌跡的作業(yè)示教。機器人沿著用圓弧插補示教的3個程序點執(zhí)行圓弧軌圓弧插補跡挪動。圓弧插補主要用于圓弧軌跡的作業(yè)示教。起點作業(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)命令的應用更簡略。在作業(yè)命令的附帶項中直接設定第一需要認識機器人指令的語言形式，或程序編寫畫面的構成因素。程序語句一般由行標號、命令及附帶項幾部分構成。8:JP[1]100%FINE0008MOVJVJ=80.00①②③①②③(a)FANUC機器人(b)YASKAWA機器人程序語句的主要構成因素3手動設定在某些應用處合下，有關作業(yè)參數的設定需要手動進行。作業(yè)次序作業(yè)次序不但可保證產質量量，并且可提升效率。作業(yè)次序的設置主要涉及：作業(yè)對象的工藝次序在某些簡單作業(yè)場合，作業(yè)次序的設定同機器人運動軌跡的示教合二為一。機器人與外頭周邊設備的動作次序在完好的工業(yè)機器人系統(tǒng)中，除機器人自己外，還包含一些周邊設備，如變位機、挪動滑臺、自動工具快換裝置等。工業(yè)機器人四巨頭的機器人挪動命令在線示教因簡單直觀、易于掌握，是工業(yè)機器人當前廣泛采納的編程方式。在線示教及特色由操作人員手持示教器指引，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達成程序的編制。典型的示教過程是依靠操作者觀察機器人及其尾端夾持工具相對于作業(yè)對象的位姿，經過對示教器的操作，屢次調整程序點處機器人的作業(yè)位姿、運動參數和工藝條件，再轉入下一程序點的示教。工業(yè)機器人的在線示教初期機器人作業(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4教）。即由操作人員牽引裝有力-力矩傳感器的機器人尾端執(zhí)行器對工件實行作業(yè)，機器人及時記錄整個示教軌跡與工藝參數，而后依據這些在線參數就能正確再現(xiàn)整個作業(yè)過程。在線示教作業(yè)任務編制共同特色：）利用機器人有較高的重復定位精度長處，降低了系統(tǒng)偏差對機器人運動絕對精度的影響。）要求操作者有專業(yè)知識和熟練的操作技術，近距離示教操作，有必定的危險性，安全性較差。）示教過程繁瑣、費時，需要依據作業(yè)任務屢次調整尾端執(zhí)行器的位姿，占用了大批時間，時效性較差。）機器人在線示教精度完好靠操作者的經驗目測決定，對于復雜運動軌跡難以獲得令人滿意的示教成效。）機器人示教時關閉與外頭設備聯(lián)系功能。對需要依據外面信息進行及時決策的應用就顯得力所不及。6）在柔性制造系統(tǒng)中，這類編程方式沒法與CAD數據庫相連接。在線示教的基本步驟經過在線示教方式為機器人輸入從工件A點到B點的加工程序。機器人運動軌跡▲為提升工作效率，平時將程序點6和程序點1設在同一地址。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)閃避點程序點2作業(yè)周邊點程序點4作業(yè)結束點程序點6機器人原點(1)示教前的準備(2)新建作業(yè)程序1）工件表面清理。作業(yè)程序是用機器人語言描述2）工件裝夾。機器人工作單元的作業(yè)內容，主要3）安全確認。用于登錄示教數據和機器人指令。4）機器人原點確認5在線示教基本流程程序點的登錄運動軌跡示教方法程序點示教方法?按第3章手動操控機器人要領挪動機器人到原點。程序點1?將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“PTP”。（機器人原點）?確認保存程序點1為機器人原點。6?手動操控機器人挪動到作業(yè)周邊點。程序點2?將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“PTP”。（作業(yè)周邊點）?確認保存程序點2為作業(yè)周邊點。?手動操控機器人挪動到作業(yè)開始點。程序點3?確認保存程序點3為作業(yè)開始點。（作業(yè)開始點）?若有需要，手動插入焊接開始作業(yè)命令。?手動操控機器人挪動到作業(yè)結束點。程序點4?將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“直線插補”。（作業(yè)結束點）?確認保存程序點4為作業(yè)結束點。若有需要，手動插入焊接結束作業(yè)命令。?手動操控機器人挪動到作業(yè)閃避點。程序點5?將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“直線插補”。（作業(yè)閃避點）?確認保存程序點5為作業(yè)閃避點。?手動操控機器人要領挪動機器人到原點。程序點6?將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“PTP”。（機器人原點）?確認保存程序點6為機器人原點。設定作業(yè)條件①在作業(yè)開始命令中設定焊接開始規(guī)范及焊接開始動作次序；②在焊接結束命令中設定焊接結束規(guī)范及焊接結束動作次序；③手動調理保護氣體流量。檢查試運行追蹤的主要目的是檢查示教生成的動作以及尾端工具指向地址能否已登錄。單步運行連續(xù)運行經過逐行執(zhí)行當前行（光標所在經過逐行執(zhí)行當前行（光標所在行）的程序行）的程序語句，機器人實現(xiàn)兩個周邊程序點語句的末端，機器人達成多個程序間的單步點的順向正向或反向挪動。結束1行的執(zhí)連續(xù)挪動。程序為次序執(zhí)行，所以行后，機器僅能實現(xiàn)，人動作暫停。正向追蹤多用于作業(yè)周期預計。追蹤方式確認機器人周邊無人后，按以下次序執(zhí)行作業(yè)程序的測試運行：）打開要測試的程前言件。）挪動光標至希望追蹤程序點所在命令行。）連續(xù)按住示教器上的有關【追蹤功能鍵】，實現(xiàn)機器人的單步或連續(xù)運行。提示當機器人TCP當前地址與光標所內行不一致時，按下【追蹤功能鍵】，機器人將從當前地址挪動到光標所在程序點地址；而當機器人TCP當前地址與光標所在7行一致時，機器人將從當前地址挪動到下一周邊示教點地址。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)。利用追蹤操作可快速實現(xiàn)程序點的改正、增加和刪除。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。合適作業(yè)任務及測試階段。自動啟動:利用外面設備輸入信號來啟動程序的方式。在實質生產中常常用到。在確認機器人的運行范圍內沒有其余人員或阻礙物后，接通保護氣體，采納手動啟動方式實現(xiàn)自動焊接作業(yè)。1）打開要再現(xiàn)的作業(yè)程序，并挪動光標到程序開頭。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，光標隨從再現(xiàn)過程挪動，程序內容自動轉動顯示。離線編程及其特色離線編程是利用計算機圖形學的成就，建立起機器人及其工作環(huán)境的幾何模型，經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，而后對編程的結果進行三維圖形動畫仿真，離線計算、規(guī)劃和調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，最后經過通信接口發(fā)送至機器人控制器。機器人的離線編程基于虛假現(xiàn)實技術的機器人作業(yè)編程已成為機器人學中的新興研究方向，它將虛假現(xiàn)實作為高端的人機接口，同意用戶經過聲、像、力以及圖形等多種交互設備及時地與虛假環(huán)境交互。8機器人的虛假示教離線編程系統(tǒng)的軟件構架典型的機器人離線編程系統(tǒng)的軟件架構，主要由建模模塊、布局模塊、編程模塊、仿真模塊、程序生成及通信模塊構成。典型機器人離線編程系統(tǒng)的軟件架構建模模塊:這是離線編程系統(tǒng)的基礎，為機器人和工件的編程與仿真供給可視的三維幾何造型。布局模塊:按機器人實質工作單元的安裝格局在仿真環(huán)境下進行整個機器人系統(tǒng)模型的空間布局。編程模塊:包含運動學計算、軌跡規(guī)劃等，前者是控制機器人運動的依照；后者用來生成機器人關節(jié)空間或直角空間里的軌跡。9仿真模塊:用來檢驗編制的機器人程序能否正確、靠譜，一般擁有碰撞檢查功能。程序生成:把仿真系統(tǒng)所生成的運動程序變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。接口通信:離線編程系統(tǒng)的重要部分分為用戶接口和通信接口：前者設計成交互式，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，機器人和設備模型均為三維顯示，可直觀設置、觀察機器人的地址、動作與干涉狀況。在實質購買機器人設備從前，經過早先解析機器人工作站的配置狀況，可使選型更加正確。離線編程軟件使用的力學、工程學等計算公式和實質機器人完好一致。所以，模擬精度很高，可正確無誤地模擬機器人的動作。離線編程軟件中的機器人設置、操作和實質機器人上的幾乎完好相同，程序的編寫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。離線編程的基本步驟經過離線方式輸入從A到B作業(yè)點程序?！鵀樘嵘ぷ餍剩綍r將程序點6和程序點1設在同一地址。機器人運動軌跡1011離線編程的基本流程幾何建模機器人工作臺的幾何建模提示各機器人企業(yè)開發(fā)的離線編程軟件的模型庫中基本含有其生產的全部型號的機器人本體模型和一些典型周邊設備模型；在導入由其余CAD軟件繪制的機器人工作環(huán)境模型時，要注意參照坐標系能否一12致問題。空間布局供給一個與機器人進行交互的虛假環(huán)境，需要把整個機器人系統(tǒng)（包含機器人本體、變位機、工件、周邊作業(yè)設備等）的模型依如實質的裝置和安裝狀況在仿真環(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)地址規(guī)劃和作業(yè)路徑規(guī)劃。作業(yè)地址規(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地址。作業(yè)路徑規(guī)劃在保證尾端工具作業(yè)姿態(tài)的前提下，防備機器人與工件、夾具、周邊設備等發(fā)生碰撞。機器人運動規(guī)劃13提示同在線示教相同，機器人的離線運動規(guī)劃需新建一個作業(yè)程序以保存示教數據和機器人指令。采納在線示教方式操作機器人運動主若是經過示教器上的按鍵，而離線編程操作機器人三維圖形運動主要用鼠標。動畫仿真系統(tǒng)對運動規(guī)劃的結果進行三維圖形動畫仿真，模擬整個作業(yè)狀況，檢查尾端工具發(fā)生碰撞的可能性及機器人的運動軌跡能否合理，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，為離線編程結果的可行性供給參照。作業(yè)開始點仿真作業(yè)結束點仿真程序生成及傳輸作業(yè)程序的仿真結果完好達到作業(yè)的要求后，將該作業(yè)程序變換成機器人的控制程序和數據，并經過通信接口下載到機器人控制柜，驅動機器人執(zhí)行指定的作業(yè)任務。運行確認與施焊處于安全考慮，離線編程生成的目標作業(yè)程序在自動運行前需追蹤試運行。至此，機器人從工件A點到B點的離線作業(yè)編程操作達成。提示開始再現(xiàn)前，請做以下準備工作：工件表面清理與裝夾、機器人原點確認。出于生產現(xiàn)場的復雜性、作業(yè)的靠譜性等方面的考慮，工業(yè)機器人的作業(yè)示教在短期內仍將沒法離開在線示教的現(xiàn)狀。無論在線示教還是離線編程，其主要目的是達成機器人運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)次序的示教。14機器人示教的主要內容擴展與提升機器人作業(yè)程序的編寫常有的操作有程序點的追加、改正和刪除，機器人挪動速度的更正以及機器人指令的增加。1．程序點的追加、改正和刪除程序點編寫方法編寫種類操作要領動作圖示?使用追蹤功能將機器人挪動到程序點1位示教點的置。?手動操作機器人挪動到新的目標點地址（程序追加點3）。?點按示教器按鍵登錄程序點3。程序點3?使用追蹤功能將機器人挪動到程序點2位示教點的置。改正?手動操作機器人挪動到新的目標點地址。程序點2?點按示教器按鍵登錄程序點2。示教點的?使用追蹤功能將機器人挪動到程序點2位刪除置。?點按示教器按鍵刪除程序點2。程序點32．機器人挪動速度的更正示教再現(xiàn)操作過程中，涉及3類動作速度：手動操作機器人挪動時的示教速度、運動軌跡確認時的追蹤速度、程序自動運行時的再現(xiàn)速度。15示教速度使用示教器手動操作機器人挪動的速度，分點動速度和連續(xù)挪動速度。追蹤速度使用示教器進行運行軌跡確認，也許程序編寫中追蹤機器人到某一程序點地址時的挪動速度。追蹤操作時，一般有作業(yè)條件速度、挪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挪動速度。同追蹤速度近似，在作業(yè)區(qū)間內依照作業(yè)命令中的速度運行，而空走區(qū)間依照挪動命令中的速度運行。3．機器人指令的增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、跳轉指令和其余指令。動作指令:指以指定的挪動速度和插補方式使機器人向作業(yè)空間內的指定地址挪動的指令。作業(yè)指令:依照機器人詳盡應用領域而編制的一類指令，如碼垛指令、焊接指令搬運指令等。寄存器指令:進行寄存器的算術運算的指令。I/O指令:改變向外頭設備的輸出信號，或讀取輸入信號狀態(tài)的指令。跳轉指令:使程序的執(zhí)行從程序某一行轉移到其余（程序的）行，如標簽指令、程序結束指令、條件轉移指令及無條件轉移指令等。其余指令:如計時器指令、說明指令等。本章小結當前國際上商品化、適用化的工業(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)”是機器人依照示教時記錄下來的程序顯現(xiàn)這些動工業(yè)機器人工作前，通常是經過“示教”的方法為機器人作業(yè)程序生成運動命令，當前主要采納兩種方式進行：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，無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)次序三方面的示教。思慮練習1、填空_______也稱導引，即由操作者直接或間接導引機器人，一步步按實質作業(yè)要求見告機器人應該達成的動作和作業(yè)的詳盡內容，機器人在導引過程中以______的形式將其記憶下來，并儲存在機器人控制裝置內；______則是經過存儲內容的回放，機器人就能在必定精度范圍內依照程序顯現(xiàn)所示教的動作和給予的作業(yè)內容。______的主要目的是檢查示教生成的動作以及尾端工具指向地址能否已登錄。(3)______是利用計算機圖形學的成