機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課件項(xiàng)目7-kuka機(jī)器人

項(xiàng)目七KUKA工業(yè)機(jī)器人

知識鏈接7.1認(rèn)識KUKA機(jī)器人7.2KUKA機(jī)器人的基本操作7.3KUKA機(jī)器人常用指令7.1

認(rèn)識KUKA機(jī)器人

庫卡（KUKA）機(jī)器人有限公司是世界領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人制造商之一。庫卡工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于物料搬運(yùn)、加工、材料處理、機(jī)床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接、表面修整等領(lǐng)域。

KUKA機(jī)器人的用戶包括：通用汽車、克萊斯勒、福特、保時(shí)捷、寶馬、奧迪、奔馳、大眾、波音、西門子、可口可樂等眾多企業(yè)。7.1.1KUKA機(jī)器人簡介KUKA機(jī)器人

德國庫卡（KUKA）公司成立于1898年，自1977年開始系列化生產(chǎn)各種用途的機(jī)器人，是世界上頂級工業(yè)機(jī)器人制造商之一。KUKA提供眾多具有不同負(fù)載能力和工作范圍的工業(yè)機(jī)器人機(jī)型。包括負(fù)載量從3千克至1000千克的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)6軸機(jī)器人以及一些特殊應(yīng)用機(jī)器人，機(jī)械臂工作半徑從635毫米到3900毫米。

圖7-1KUKA機(jī)器人KUKA機(jī)器人的編程方法

KUKA機(jī)器人使用KRL（KUKARobotLanguage）編程語言進(jìn)行編程。(1) 示教編程在作業(yè)現(xiàn)場，機(jī)器人操作者利用庫卡smartPAD示教盒進(jìn)行在線示教編程。(2) 離線編程使用KUKASim軟件進(jìn)行離線編程，既在不連接機(jī)器人的情況下利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃。(3) 文字編程文字編程是借助于smartPAD界面在上級操作PC上的顯示編程。7.1.2KUKA機(jī)器人的組成KUKA機(jī)器人系統(tǒng)一般由機(jī)器人控制系統(tǒng)KRC4（圖7-2①）、機(jī)器人本體（圖7-2②）和KUKA手持操作和編程器smartPAD（圖7-2③）三部分組成。

圖7-2KUKA機(jī)器人系統(tǒng)的組成1. KUKA機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)機(jī)器人本體，通常也稱之為機(jī)械手臂或者機(jī)械手。它由眾多活動(dòng)的、相互連接在一起的關(guān)節(jié)（軸）組成，也稱之為運(yùn)動(dòng)鏈。從機(jī)器人足部到法蘭共有6各軸，編號分別為A1~A6。其中，A1~A3為機(jī)器人的主軸，主要確定機(jī)器人末端在空間的位置，A4~A6軸式機(jī)器人的腕部軸，主要確定機(jī)器人末端在空間的姿態(tài)，如圖7-3所示。圖7-2KUKA機(jī)器人系統(tǒng)的組成2. KUKA機(jī)器人控制系統(tǒng)KUKA機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)由伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)，而該電機(jī)則由KRC4控制系統(tǒng)控制，是機(jī)器人的“大腦”。它包括機(jī)器人控制系統(tǒng)、流程控制系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和總線系統(tǒng)等。7.1.2KUKA機(jī)器人的坐標(biāo)系KUKA機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，定義了世界坐標(biāo)系（WORLD）、機(jī)器人足部坐標(biāo)系（ROBROOT）、基坐標(biāo)系（BASE）、法蘭坐標(biāo)系（FLANGE）和工具坐標(biāo)系（TOOL）五種坐標(biāo)系，如圖7-4所示。

圖7-4KUKA機(jī)器人的坐標(biāo)系7.2

KUKA機(jī)器人的基本操作7.2.1KUKA機(jī)器人示教器KCP的使用1．KUKAsmartPADKUKA機(jī)器人的示教器即手持操作器（KUKAsmartPAD），也稱為KCP，如圖7-5所示。通過它可以對操作環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，對工藝動(dòng)作進(jìn)行示教編程。它具有工業(yè)機(jī)器人操作和編程所需的各種操作和顯示功能圖7-5KUKA機(jī)器人smartPAD2.smartHMIKCP上的人機(jī)交互操作與控制界面稱為smartHMI，可使用手指或指示筆在其范圍內(nèi)進(jìn)行操作，無需外部鼠標(biāo)和鍵盤。

圖7-6smartHMI操作界面3. KUKA機(jī)器人的手動(dòng)操縱機(jī)器人只允許在運(yùn)行模式T1（手動(dòng)慢速運(yùn)行）下手動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)運(yùn)行速度最高為250mm/s，運(yùn)行模式可通過在KCP上轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙開關(guān)調(diào)出連接管理器進(jìn)行設(shè)置。手動(dòng)運(yùn)行機(jī)器人時(shí)，必須按下確認(rèn)開關(guān)（使能鍵），，并保持在中間位置，方可啟動(dòng)機(jī)器人。此時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置顯示狀態(tài)為字母“I”，且六軸代表字母顯示為綠色，機(jī)器人處于電機(jī)開啟狀態(tài)。若完全按下（用力按下）確認(rèn)開關(guān)，將出現(xiàn)信息提示“安全停止”，機(jī)器人處于防護(hù)裝置停止?fàn)顟B(tài)。

7.2.2單獨(dú)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的各軸KUKA機(jī)器人的每根軸可以逐個(gè)沿正向和負(fù)向單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，為此需要使用移動(dòng)鍵或者KUKAsmartPAD的6D鼠標(biāo)。僅在T1運(yùn)行模式下才能手動(dòng)移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度可以更改（手動(dòng)速度：HOV）?？梢允沁B續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可是增量式的。運(yùn)動(dòng)過程中確認(rèn)開關(guān)必須保持在中間位置。只要一按移動(dòng)鍵或6D鼠標(biāo)，機(jī)器人軸的調(diào)節(jié)裝置便啟動(dòng)。

7.2.3機(jī)器人在世界坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)在世界坐標(biāo)系中可以兩種不同的方式移動(dòng)機(jī)器人：沿坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向平移（直線）：X、Y、Z；環(huán)繞著坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)/回轉(zhuǎn)）：角度C、B和A。通過6D鼠標(biāo)可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)變得直觀明了，因此是在世界坐標(biāo)系中進(jìn)行手動(dòng)移動(dòng)時(shí)的不二之選。鼠標(biāo)位置和自由度兩者均可更改。平移：按住并拖動(dòng)6D鼠標(biāo)。轉(zhuǎn)動(dòng)：轉(zhuǎn)動(dòng)并擺動(dòng)6D鼠標(biāo)。7.2.4建立、更改和運(yùn)行程序1．KUKA機(jī)器人程序結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的KUKA機(jī)器人程序（KRL程序）基本結(jié)構(gòu)如圖7-9所示，包括程序名定義、程序初始化、程序主體、程序結(jié)束四個(gè)部分。“DEF程序名()”始終出現(xiàn)在程序開頭，“END”表示程序結(jié)束?！癐NI”行包含內(nèi)部變量和參數(shù)初始化的內(nèi)容，必須最先運(yùn)行！程序主體包括PTP、LIN、等待、邏輯等指令，詳見7.3節(jié)。圖7-9KUKA機(jī)器人程序結(jié)構(gòu)2．創(chuàng)建和編輯機(jī)器人程序機(jī)器人程序模塊應(yīng)始終保存在文件夾“Program”中，也可建立新的文件夾并將程序模塊存放在那里。對已選定或已打開的程序，在運(yùn)行方式T1、T2或AUT下，可以進(jìn)行添加、更改指令或刪除程序行等編輯動(dòng)作。3．選擇和運(yùn)行機(jī)器人程序?qū)τ诰幊炭刂频臋C(jī)器人運(yùn)動(dòng)，KUKA機(jī)器人提供多種程序運(yùn)行方式。包括GO、MSTEP、ISTEP。執(zhí)行一個(gè)機(jī)器人程序，須事先將其選中，然后運(yùn)行程序。smartPad界面頂部的字母“R”表示程序狀態(tài)。7.3

KUKA機(jī)器人常用指令7.3.1運(yùn)動(dòng)指令1. PTPPTP（Point-To-Point）運(yùn)動(dòng)，即點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人按軸坐標(biāo)沿最快的軌道將TCP從起始點(diǎn)引至目標(biāo)點(diǎn)。2. LINLIN（Linear）運(yùn)動(dòng)，即線性運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人沿一條直線以定義的速度將TCP引至目標(biāo)點(diǎn)。3. CIRCCIRC（Circular）運(yùn)動(dòng)，即圓弧運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人沿圓形軌道以定義的速度將TCP移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。7.3.2邏輯指令1．OUT指令OUT指令用于在程序中的某個(gè)位置上關(guān)閉輸出端。KUKA機(jī)器人控制系統(tǒng)最多可管理4096個(gè)數(shù)字輸出端，可按用戶要求配置。2.WAITFOR指令WAITFOR指令用于與信號有關(guān)的等待功能。控制系統(tǒng)在此等待信號：輸入端IN，輸出端OUT，定時(shí)信號TIMER，控制系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)地址（標(biāo)記/1比特內(nèi)存）FLAG或者CYCFLAG等。3.WAIT指令WAIT指令用于與時(shí)間相關(guān)的等待功能，控制器根據(jù)輸入的時(shí)間在程序中該位置上等待。7.3.3其他常用指令1. 循環(huán)指令循環(huán)指令用于重復(fù)程序指令，不允許從外部跳入循環(huán)結(jié)構(gòu)中。循環(huán)可以互相嵌套。循環(huán)類型有無限循環(huán)、計(jì)數(shù)循環(huán)和條件循環(huán)2. 分支指令條件性分支（IF語句）由一個(gè)條件和兩個(gè)指令部分組成。如果滿足條件，則處理第一個(gè)指令。如果未滿足條件，則執(zhí)行第二個(gè)指令。SWITCH分支語句是一個(gè)分配器或多路分支。首先分析一個(gè)表達(dá)式。然后，該表達(dá)式的值與一個(gè)案例段(CASE)的值進(jìn)行比較。值一致時(shí)執(zhí)行相應(yīng)案例的指令任務(wù)實(shí)訓(xùn)任務(wù)7.1工具坐標(biāo)系的測量任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量任務(wù)7.2工件搬運(yùn)示教編程任務(wù)7.1工具坐標(biāo)系的測量、任務(wù)目標(biāo)1. 掌握工具坐標(biāo)系原點(diǎn)（TCP）的測量方法；2. 掌握工具坐標(biāo)系姿態(tài)的測量方法。任務(wù)7.1工具坐標(biāo)系的測量二、任務(wù)準(zhǔn)備工具測量包括：TCP（坐標(biāo)系原點(diǎn)）的測量、坐標(biāo)系姿態(tài)/朝向的測量。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（TCP）的確定常用XYZ4點(diǎn)法或XYZ參照法。工具坐標(biāo)系姿態(tài)的確定常用ABC世界坐標(biāo)法或ABC2點(diǎn)法。任務(wù)7.1工具坐標(biāo)系的測量三、任務(wù)實(shí)施“XYZ4點(diǎn)法”測量TCP原點(diǎn)

為待測量的工具給定一個(gè)號碼和一個(gè)名稱。用TCP從四個(gè)不同方向朝參照點(diǎn)移動(dòng)，并進(jìn)行測量。保存TCP測量結(jié)果。任務(wù)7.1工具坐標(biāo)系的測量2.“ABC世界坐標(biāo)系”測量TCP姿態(tài)將+X工具坐標(biāo)調(diào)整至平行于-Z世界坐標(biāo)的方向，進(jìn)行測量。任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量、任務(wù)目標(biāo)掌握基坐標(biāo)系測量方法。任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量二、任務(wù)準(zhǔn)備基坐標(biāo)系測量表示根據(jù)世界坐標(biāo)系在機(jī)器人周圍的某一個(gè)位置上創(chuàng)建坐標(biāo)系。其目的是使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)以及編程設(shè)定的位置均以該坐標(biāo)系為參照。設(shè)定的工件支座和抽屜的邊緣、貨盤或機(jī)器的外緣均可作為基準(zhǔn)坐標(biāo)系中合理的參照點(diǎn)?；鴺?biāo)系的測量分兩個(gè)步驟；確定坐標(biāo)原點(diǎn)，定義坐標(biāo)方向。任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量三、任務(wù)實(shí)施“3點(diǎn)法”測量基坐標(biāo)系創(chuàng)建新的基坐標(biāo)，給定一個(gè)號碼和一個(gè)名稱。任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量2.基坐標(biāo)系的原點(diǎn)測量用TCP移到新基坐標(biāo)系的原點(diǎn)，進(jìn)行測量。任務(wù)7.2基坐標(biāo)系的測量3.基坐標(biāo)系的方向測量將TCP移至新基坐標(biāo)系正向X軸上的一個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測量。將TCP移至XY平面上一個(gè)帶有正Y值的點(diǎn)，進(jìn)行測量。任務(wù)7.3工件搬運(yùn)示教編程、任務(wù)目標(biāo)1. 掌握KUKA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令的使用；2. 掌握KUKA機(jī)器人邏輯指令的使用。任務(wù)7.3工件搬運(yùn)示教編程二、任務(wù)準(zhǔn)備對KUKA機(jī)器人進(jìn)行在線編程將紅、藍(lán)、黃三色工件用吸盤工具依次搬運(yùn)到另一側(cè)平臺的相同位置。1. 運(yùn)動(dòng)指令：PTP（點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)）、LIN（直線運(yùn)動(dòng)）2. 邏輯指令：OUT（吸盤吸取工件）、WAIT（等待時(shí)間）任務(wù)7.3工件搬運(yùn)示教編程三、任務(wù)實(shí)施新建程序模塊將機(jī)器人TCP移動(dòng)到第一個(gè)紅色工件正上方約5cm處，添加PTP指令任務(wù)7.3工件搬運(yùn)示教編程3.將機(jī)器人TCP移動(dòng)到第一個(gè)紅色工件正上方，使吸盤與工件接觸，添加LIN指令4.添加OUT指令，設(shè)置為TRUE，吸取工件任務(wù)7.3工件搬運(yùn)示教編程5.將機(jī)器人TCP移