《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程與調(diào)試一體化》課件模塊一 工業(yè)機器人編程的基礎(chǔ)

任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人的編程任務(wù)二在線編程任務(wù)三機器人的離線編程任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人的編程a)碼垛工業(yè)機器b)ABBIRC5示教器工業(yè)機器在碼垛方面的應(yīng)用工業(yè)機器人的輕型加工任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)1.了解對機器人編程的要求2.掌握機器人編程語言的類型3.知道機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.掌握機器人語言的編程要求5.了解機器人編程語言的特征1能讀懂用語言編程編寫的工業(yè)機器人程序2.能設(shè)計簡單的工業(yè)機器人程序一、對機器人編程的要求

1.能夠建立世界模型(worldmodel)2.能夠描述機器人的作業(yè)3.能夠描述機器人的運動4.允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程5.要有良好的編程環(huán)境6.需要人機接口和綜合傳感信號

二、機器人語言編程1.機器人編程語言的類型(1)動作級編程語言動作級語言是以機器人的運動作為描述中心，通常由指揮夾手從一個位置到另一個位置的一系列命令組成?；菊Z句形式為：

MOVETO(destination)(2)對象級編程語言對象級語言解決了動作級語言的不足，它是描述操作物體間關(guān)系使機器人動作的語言。(3)任務(wù)級編程語言任務(wù)級語言是比較高級的機器人語言，這類語言允許使用者對工作任務(wù)所要求達(dá)到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機器人所做的每一個動作的細(xì)節(jié)。2.機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)3.機器人的編程系統(tǒng)操作狀態(tài)(1)監(jiān)控狀態(tài)

(2)編輯狀態(tài)編輯狀態(tài)用于操作者編制或編輯程序。

(3)執(zhí)行狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)用來執(zhí)行機器人程序。

4.機器人語言的編程要求(1)能夠建立世界模型(2)能夠描述機器人的作業(yè)(3)能夠描述機器人的運動(4)允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程

同一般的計算機編程語言一樣，機器人編程系統(tǒng)允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程，包括試驗和轉(zhuǎn)移、循環(huán)、調(diào)用子程序以至中斷等。(5)要有良好的編程環(huán)境

一個好的編程環(huán)境有助于提高程序員的工作效率。

(6)需要人機接口和綜合傳感信號

隨著作業(yè)環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容復(fù)雜程度的增加，需要有功能強大的人機接口。機器人語言的一個極其重要的部分是與傳感器的相互作用。5.機器人編程語言的特征機器人語言一直以三種方式發(fā)展著：一是產(chǎn)生一種全新的語言；二是對老版本語言(指計算機通用語言)進(jìn)行修改和增加一些句法或規(guī)則；三是在原計算機編程語言中增加新的子程序。

(1)簡易性和一致性

(2)程序結(jié)構(gòu)的清晰性(3)應(yīng)用的自然性(4)易擴展性(5)調(diào)試和外部支持工具(6)效率6.機器人編程語言基本功能

(1)運算在作業(yè)過程中執(zhí)行的規(guī)定運算能力是機器人控制系統(tǒng)最重要的能力之一。(2)決策機器人系統(tǒng)能夠根據(jù)傳感器輸入信息作出決策，而不必執(zhí)行任何運算。傳感器數(shù)據(jù)計(3)通信人和機器能夠通過許多不同方式進(jìn)行通信。(4)機械手運動可用許多不同方法來規(guī)定機械手的運動。(5)工具指令(6)傳感數(shù)據(jù)處理用于機械手控制的通用計算機只有與傳感器連接起來，才能發(fā)揮其全部效用。7.工業(yè)機器人編程指令工業(yè)機器人編程指令是指描述工業(yè)機器人動作指令的子程序庫，它包含前臺操作指令和后臺坐標(biāo)數(shù)據(jù)，工業(yè)機器人編程指令包含運動類、信號處理類、IO控制類、流程控制類、數(shù)學(xué)運算類、邏輯運算類、操作符類編程指令、文件管理指令、數(shù)據(jù)編輯指令、調(diào)試程序／運行程序指令、程序流程命令、手動控制指令等。8.工業(yè)機器人程序設(shè)計過程

(1)MovemasterEXRV_M1裝配機器人各硬件的功能

MovemasterEXRV-M1裝配機器人的系統(tǒng)組成(2)設(shè)計流程圖(3)按功能塊進(jìn)行編程1)初始化程序

對于工業(yè)機器人，初始化一般包括復(fù)位、設(shè)置末端操作器的參數(shù)、定義位置點、定義貨盤參數(shù)、給所需的計數(shù)器賦初值等。MovemasterEXRV-M1裝配機器人工件檢測動作流程2)主程序100RC60；設(shè)置從該行到100行的循環(huán)次數(shù)為60110GS200；跳轉(zhuǎn)至200行，從貨盤1上夾起工件120GS300；跳轉(zhuǎn)至300行，將工件裝在檢測設(shè)備上130GS400；跳轉(zhuǎn)至400行，將工件放在貨盤2上140NX;返回100行150ED；結(jié)束3)從貨盤1夾起要檢測的工件子程序貨盤14)工件檢測子程序300SP7;設(shè)置速度302MT30，-50，C；

機器人移至檢測設(shè)備前50mm處304SP2；

設(shè)置速度306MO30，C；

機器人將工件裝在檢測設(shè)備上308ID；

取輸人數(shù)據(jù)310TB-7，308；

機器人等待工件檢測完畢312MT30，-50，C；

機器人移至檢測設(shè)備前50mm處314RT；

結(jié)束子程序5)向貨盤2放置已檢測完工件貨盤2—機器人語言的種類表1—l國外常用的機器人語言舉例序號語言名稱國家簡要說明1AL美機器人動作及對象物描述，是機器人語言研究的開始2AUTOPASS美組裝機器人語言3LAMA-S美高級機器人語言4VAL美用于PUMA機器人(采用MC6800和DECLSI-11)兩級微型計算機5RIAL美用視覺傳感器檢查零件時用的機器人語言6WAVE美操作器的控制符號語言，在T型水泵裝配曲柄搖桿工作中使用7DIAL美具有RCC順應(yīng)性手腕控制的特殊指令8RPL美可與Unimation機器人操作程序結(jié)合，預(yù)先定義子程序庫9REACH美適于兩臂協(xié)調(diào)動作，和VAL一樣是使用范圍廣的語言10MCI美編程機器人NC機床傳感器、攝像機及其控制的計算機綜合制造用語言1lINDA美英類似RTL／2編程語言的子集，具有使用方便的處理系統(tǒng)12RAPT英類似NC語言APT(用DEC20，LSI11/2)13LM法類似PASCAL,數(shù)據(jù)類似AL。用于機器人(用LS11／3)14ROBEX德國具有與高級NC語言EXAPT相似結(jié)構(gòu)的脫機編程語言15SIGLA意SIGMA機器人語言16MAI意兩臂機器人裝配語言，其特征方便、易于編程17SERF日SKILAM裝配機器人(用Z-80微型機)18PLAW日RW系統(tǒng)弧焊機器人19IMI日動作級機器人語言任務(wù)二在線編程機器人本體控制柜示教盒工業(yè)機器人的組成任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)1.了解在線編程的特點2.掌握在編程編程的種類3.掌握示教再現(xiàn)原理1.會操作常見工業(yè)機器人的示教器2.能進(jìn)行簡單在線程序的編制

一、在線編程的特點

在線編程又叫做示教編程或示教再現(xiàn)編程，用于示教再現(xiàn)型機器人中，它是目前大多數(shù)工業(yè)機器人的編程方式，在機器人作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。

示教編程的優(yōu)點：操作簡單，不需要環(huán)境模型；易于掌握，操作者不需要具備專門知識，不需要復(fù)雜的裝置和設(shè)備，軌跡修改方便，再現(xiàn)過程快。對實際的機器人進(jìn)行示教時，可以修正機械結(jié)構(gòu)帶來的誤差。示教編程的缺點：功能編輯比較困難，難以使用傳感器，難以表現(xiàn)條件分支，對實際的機器人進(jìn)行示教時，要占用機器人。示教再現(xiàn)機器人控制方式

二、在編程編程的種類

1.直接示教直接示教就是操作者操縱安裝在機器人手臂內(nèi)的操縱桿，按規(guī)定動作順序示教動作內(nèi)容。

由操作者直接控制執(zhí)行機構(gòu)

直接示教是一項成熟的技術(shù)，易于被熟悉工作任務(wù)的人員所掌握，而且用簡單的設(shè)備和控制裝置即可進(jìn)行。示教過程進(jìn)行得很快，示教過后，馬上即可應(yīng)用。在某些系統(tǒng)中，還可以用與示教時不同的速度再現(xiàn)。2.示教盒示教

示教盒示教則是操作者利用示教控制盒上的按鈕驅(qū)動機器人一步一步運動。它主要用于數(shù)控型機器人，不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進(jìn)行示教，利用裝在控制盒上的按鈕可以驅(qū)動機器人按需要的順序進(jìn)行操作。由操作者用手動控制器三、示教器a)KUKA工業(yè)機器人示教盒b)ABB工業(yè)機器人示教盒示教盒1.機器人示教器的組成示教編程器由操作鍵、開關(guān)按鈕、指示燈和顯示屏等組成。其中示教編程器的操作鍵主要分為四類：(1)示教功能鍵如示教／再現(xiàn)、存入、刪除、修改、檢查、回零、直線插補、圓弧插補等，為示教編程用。(2)運動功能鍵如x±移動、y±移動、z±移動、1～6關(guān)節(jié)±轉(zhuǎn)動等，為操縱機器人示教用。(3)參數(shù)設(shè)定鍵如各軸的速度設(shè)定、焊接參數(shù)設(shè)定、擺動參數(shù)設(shè)定等。(4)特殊功能鍵(5)急停開關(guān)(6)選擇開關(guān)(7)使能鍵2.機器人示教器的功能1)手動操作機器人的功能。

2)位置、命令的登錄和編輯功能。

3)示教軌跡的確認(rèn)功能。

4)生產(chǎn)運行功能。

5)查閱機器人的狀態(tài)(I／Ｏ設(shè)置、位置、焊接電流等)。

四、示教再現(xiàn)原理

步驟一：示教。操作者把規(guī)定的目標(biāo)動作(包括每個運動部件，每個運動軸的動作)一步一步地教給機器人。

步驟二：記憶。

步驟三：再現(xiàn)。根據(jù)需要，將存儲器所存儲的信息讀出，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出具體的指令。

步驟四：操作。

五、示教再現(xiàn)操作方法

1.示教前準(zhǔn)備(1)接通主電源把控制柜的主電源開關(guān)扳轉(zhuǎn)到接通的位置，接通主電源并進(jìn)入系統(tǒng)。(2)選擇示教模式示教模式分為手動模式和自動模式，示教階段選擇手動模式。

(3)接通伺服電源。2.示教

(1)創(chuàng)建示教文件在示教器上創(chuàng)建一個未曾示教過的文件名稱，用于儲存后面的示教文件。(2)示教點的設(shè)置示教作業(yè)是一種工作程序，它表示機械手將要執(zhí)行的任務(wù)。示教作業(yè)過程示意圖1)步驟1——開始位置示教開始位置點2)步驟2——移動到抓取位置附近抓取前示教位置點23)步驟3——到抓取位置抓取工件示教位置點3

4)步驟4——退回到抓取位置附近示教位置點4

5)步驟5——回到開始位置示教位置點5

6)步驟6——移動到放置位置附近示教位置點6

7)步驟7——到達(dá)放置輔助位置示教位置點78)步驟8——到達(dá)放置位置放置工件示教位置點89)步驟9——退到放置位置附近10)步驟10——回到開始位置(3)保存示教文件示教位置點93.再現(xiàn)前準(zhǔn)備(1)選擇示教文件選擇已經(jīng)示教好的文件，并將光標(biāo)移到程序開頭。(2)回初始位置手動操作機器人移到步驟1位置。(3)示教路徑確認(rèn)在手動模式下，使工業(yè)機器人沿著示教路徑執(zhí)行一個循環(huán)，確保示教運行路徑正確。

(4)選擇再現(xiàn)模式示教模式選擇為自動模式。

(5)接通伺服電源。

4.再現(xiàn)六、示教編程實例機器人焊接示教軌跡表1—2焊接參考程序行命

令內(nèi)容說明0000NOP程序開始0001MOVJVJ=25移到待機位置程序點10002MOVJVJ=25移到焊接開始位置附近程序點20003MOVJVJ=12.5移到焊接開始位置程序點30004ARCON焊接開始0005MOVLV=5移到焊接結(jié)束位置程序點40006ARCOF焊接結(jié)束0007MOVJVJ=25移到不碰觸工件和夾具的位置程序點50008MOVJVJ=25移到待機位置程序點60009END程序結(jié)束—松下系統(tǒng)機器人的示教器松下系統(tǒng)機器人的示教器任務(wù)三機器人的離線編程復(fù)雜操作離線練習(xí)任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)1.了解機器人離線編程的特點。2.掌握機器人離線編程的過程。3.掌握工業(yè)機器人離線編程分類。1.知道機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。2.能根據(jù)實際情況選擇離線編程軟件。

一、機器人離線編程的特點

1.減少機器人的非工作時間當(dāng)機器人在生產(chǎn)線或柔性系統(tǒng)中進(jìn)行正常工作時，編程人員可對下一個任務(wù)進(jìn)行離線編程仿真。

2.使編程人員遠(yuǎn)離危險的作業(yè)環(huán)境離線編程不必在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。3.使用范圍廣同一個離線編程系統(tǒng)可以適應(yīng)各種機器人的編程。

4.便于構(gòu)建FMS和CIMS系統(tǒng)5.可實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的編程可使用高級機器人語言對復(fù)雜系統(tǒng)及任務(wù)進(jìn)行編程。

6.便于修改程序

二、機器人離線編程的過程1)對生產(chǎn)過程及機器人作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全面的了解。

2)構(gòu)造出機器人及作業(yè)環(huán)境的三維實體模型。

3)選用通用或?qū)Ｓ玫幕趫D形的計算機語言。

4)利用幾何學(xué)、運動學(xué)及動力學(xué)的知識，進(jìn)行軌跡規(guī)劃、算法檢查、屏幕動態(tài)仿真，檢查關(guān)節(jié)超限及傳感器碰撞的情況，規(guī)劃機器人在動作空間的路徑和運動軌跡。

5)進(jìn)行傳感器接口連接和仿真，利用傳感器信息進(jìn)行決策和規(guī)劃。

6)實現(xiàn)通信接口，完成離線編程系統(tǒng)所生成的代碼到各種機器人控制器的通信。

7)實現(xiàn)用戶接口，提供有效的人機界面，便于人工干預(yù)和進(jìn)行系統(tǒng)操作。

三、工業(yè)機器人離線編程的分類

一類是通用型離線編程軟件，這類軟件一般都由第三方軟件公司負(fù)責(zé)開發(fā)和維護(hù)，不單獨依賴某一品牌機器人。

這類軟件優(yōu)缺點很明顯，優(yōu)點可以支持多款機器人，缺點就是對某一品牌的機器人的支持力度不如第二類專用型離線軟件的支持力度高。

二類是專用型離線編程軟件，這類軟件一般由機器人本體廠家自行或者委托第三方軟件公司開發(fā)維護(hù)。

這類軟件有一個特點，就是只支持本品牌的機器人仿真，編程和后置輸出。

四、機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)離線編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.用戶接口用戶接口即人機界面，是計算機和操作人員之間信息交互的唯一途徑，它的方便與否直接決定了離線編程系統(tǒng)的優(yōu)劣。2.機器人系統(tǒng)的三維幾何構(gòu)造三維幾何構(gòu)造是離線編程的特色之一，正是有了三維幾何構(gòu)造模型才能進(jìn)行圖形及環(huán)境的仿真。3.運動學(xué)計算

機器人的運動學(xué)計算分為運動學(xué)正解和運動學(xué)逆解兩個方面。4.機器人軌跡規(guī)劃

軌跡規(guī)劃的目的是生成關(guān)節(jié)空間或直角空間內(nèi)機器人的運動軌跡。5.三維圖形動力學(xué)仿真

動力學(xué)仿真是離線編程系統(tǒng)實時仿真的重要功能之一，因為只有模擬機器人實際的工作環(huán)境(包括負(fù)載情況)后，仿真的結(jié)果才能用于實際生產(chǎn)。

6.傳感器的仿真

傳感器信號的仿真及誤差校正也是離線編程系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。7.并行操作

離線編程系統(tǒng)必須提供并行操作的環(huán)境。8.通信接口

通信接口的發(fā)展方向是接口的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口能將機器人仿真程序轉(zhuǎn)化為各種機器人控制柜均能接受的數(shù)據(jù)格式。

9.誤差校正

離線編程系統(tǒng)中誤差校正的環(huán)節(jié)是必不可少的。

五、機器人離線編程與仿真核心技術(shù)1.支持CAD的CAM技術(shù)對于CAD／CAM集成化系統(tǒng)，幾何模型更要為后續(xù)的加工生產(chǎn)提供信息，支持CAM(ComputerAidedManufacturing，計算機輔助制造)。2.自動編程技術(shù)自動編程技術(shù)是指機器人離線編程系統(tǒng)采用任務(wù)級語言編程，即允許使用者對工作任務(wù)要求到達(dá)的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機器人所做的每一個動作的細(xì)節(jié)。3.標(biāo)定及修正技術(shù)為了使編程結(jié)果很好地符合實際情況，并得到真正的應(yīng)用，標(biāo)定技術(shù)成為弧焊機器人離線編程實用化的關(guān)鍵問題。4.機器人接口大部分機器人廠商對機器人接口程序源碼不予公開，制約著離線編程系統(tǒng)實用化的進(jìn)程。

六、常用離線編程軟件簡介1.RobotArt(1)優(yōu)點1)支持多種格式的三維CAD模型，可導(dǎo)入擴展名為step、igs、stl、x_t、prt(UG)、prt(ProE)、CATPart、sldpart等格式;2)支持多種品牌工業(yè)機器人離線編程操作，如ABB、KUKA、Fanuc、Yaskawa、Staubli、KEBA系列、新時達(dá)、廣數(shù)等;RobotArt離線編程仿真軟件的界面3)擁有大量航空航天高端應(yīng)用經(jīng)驗;4)自動識別與搜索CAD模型的點、線、面信息生成軌跡;5)軌跡與CAD模型特征關(guān)聯(lián)，模型移動或變形，軌跡自動變化;6)一鍵優(yōu)化軌跡與幾何級別的碰撞檢測;7)支持多種工藝包，如切割、焊接、噴涂、去毛刺、數(shù)控加工;8)支持將整個工作站仿真動畫發(fā)布到網(wǎng)頁、手機端;(2)缺點軟件不支持整個生產(chǎn)線仿真，對外國小品牌機器人也不支持。2.RobotMaster(1)功能

Robotmaster在Mastercam中無縫集成了機器人編程、仿真和代碼生成功能，提高了機器人編程速度。Robot

Master軟件界面(2)優(yōu)點可以按照產(chǎn)品數(shù)模，生成程序，適用于切割、銑削、焊接、噴涂等等。獨家的優(yōu)化功能，運動學(xué)規(guī)劃和碰撞檢測非常精確，支持外部軸(直線導(dǎo)軌系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng))，并支持復(fù)合外部軸組合系統(tǒng)。(3)缺點暫時不支持多臺機器人同時模擬仿真（就是只能做單個工作站），基于MasterCAM做的二次開發(fā)，價格昂貴，企業(yè)版在20W左右。3.RobotWorks(1)主要功能1)全面的數(shù)據(jù)接口：Robotworks是基于Solidworks平臺開發(fā)，Solidworks可以通過IGES，DXF，DWG，PrarSolid，Step，VDA，SAT等標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。2)強大的編程能力：從輸入CAD數(shù)據(jù)到輸出機器人加工代碼只需四步。3)強大的工業(yè)機器人數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)支持市場上主流的大多數(shù)的工業(yè)機器人，提供各大工業(yè)機器人各個型號的三維數(shù)模。操作界面4)完美的仿真模擬：獨特的機器人加工仿真系統(tǒng)可對機器人手臂，工具與工件之間的運動進(jìn)行自動碰撞檢查，軸超限檢查，自動刪除不合格路徑并調(diào)整，還可以自動優(yōu)化路徑，減少空跑時間。5)開放的工藝庫定義：系統(tǒng)提供了完全開放的加工工藝指令文件庫，用戶可以按照自己的實際需求自行定義添加設(shè)置自己獨特工藝，添加的任何指令都能輸出到機器人加工數(shù)據(jù)里面。

(2)優(yōu)點

生成軌跡方式多樣、支持多種機器人、支持外部軸。

(3)缺點Robotworks基于solidworks，solidworks本身不帶CAM功能，編程繁瑣，機器人運動學(xué)規(guī)劃策略智能化程度低。4.ROBCAD(1)主要特點1)與主流的CAD軟件(如NX、CATIA、IDEAS)無縫集成。2)實現(xiàn)工具工裝、機器人和操作者的三維可視化。3)制造單元、測試以及編程的仿真。(2)主要功能1)Workcelland

Modeling：對白車身生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計、管理和信息控制。ROBCAD軟件界面2)Spotand

OLP：完成點焊工藝設(shè)計和離線編程。3)Human：實現(xiàn)人因工程分析。4)Application中的Paint、Arc、Laser等模塊：實現(xiàn)生產(chǎn)制造中噴涂，弧焊，激光加工，緄邊等等工藝的仿真驗證及離線程序輸出。5)ROBCAD的Paint模塊。噴漆的設(shè)計、優(yōu)化和離線編程，其功能包括：噴漆路線的自動生成、多種顏色噴漆厚度的仿真、噴漆過程的優(yōu)化。(3)缺點價格昂貴，離線功能較弱，Unix移植過來的界面，人機界面不友好。而且已經(jīng)不再更新！

5.DELMIA(1)功能