工业机器人技术基础

1机器人技术基础2•工业机器人简介•Motoman机器人编程指令•机器人的编程方法31、Motoman机器人简介•工业机器人作为现代制造技术发展重要标志之一和新兴技术产业，已为世人所认同。并正对现代高技术产业各领域以至人们的生活产生了重要影响。•工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。此外，机器人也可用于软质材料的切削加工，如陶泥，泡沫，石蜡，有机玻璃等。41、Motoman机器人简介•焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为迫切，实现机器人焊接代替人工操作成为焊接工作者追求的目标。5轿车后桥双机协调弧焊系统焊接机器人典型应用案例6车身焊接线7轿车座椅骨架弧焊系统8火车侧梁弧焊系统9激光焊接系统10等离子焊接系统111.1弧焊机器人•机器人操作机：日本MOTOMAN－UP20型6轴关节式机器人•机器人控制器：YASNACXRCUP20型•负载能力：20kg•自由度：6自由度•重复定位精度：±0.08mm•工作范围：半径1658mm•驱动：交流伺服电机。•焊接电源：MOTOWELD-S350,CO2/MAG焊机，可以实现碳钢、低合金高强钢和不锈钢等的焊接；最大焊接电流350A•保护气体：CO2、Ar+CO2、Ar+CO2+O2•焊丝：直径0.9、1.2、1.6mm实心焊丝或药芯焊丝，如H08Mn2SiA等121.2弧焊机器人系统简介机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。131.3弧焊机器人系统的构成1.机器人操作机日本安川（YASKAWA）公司：MOTOMAN-UP20型2.机器人控制器YASNACXRCUP20型3.焊接电源MOTOWELD-S350型弧焊电源4.辅助系统送丝机构、焊丝、焊接保护气体等1415（1）机器人操作机机器人本体机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节以及内部传感器（编码器）等组成。它的任务是精确的保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动。由于具有六个旋转关节的铰接开链式机器人操作机从运动学上已被证明能以最小的结构尺寸为代价获取最大的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优路径到达指定位置，因此这种类型的机器人操作机在焊接领域得到广泛的应用。16（2）机器人控制器机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学及动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。控制器负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。控制柜再现操作盒示教编程器17（3）焊接系统焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，主要由焊枪、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。焊接控制器是由微处理器及部分外围接口芯片组成的控制系统，它可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通讯联系。182、Motoman机器人的指令系统•MOTOMAN机器人所采用的编程语言属于动作级编程语言，该语言是以机器人的动作行为为描述中心，由一系列命令组成，一般一个命令对应一个动作，语言简单，易于编程，缺点是不能进行复杂的数学运算。•MOTOMAN机器人的指令根据功能主要包括如下几种：（1）运动控制功能：运动控制功能是非常重要的一项功能，机器人运动轨迹的控制方式主要是PTP（点对点）控制方式，其中又包括：a.运动速度设定;b.轨迹插补方式(关节插补、直线以及圆弧插补);c.动作定时;d.定位精度的设定例：MOVLV=138PL=0TIMERT=1.0019(2)数据结构功能机器人语言中采用比较通用的数据结构，如一个点的三维矢量是由其三维坐标以及机器人末端绕x,y,z旋转的角度表示，也可以用六个关节各自的脉冲值表示。C0013=50.00,-35.00,0.00,180.0,20.0,0.0(3)数值运算功能与通用程序语言相比，机器人语言的数值运算功能大致相当于BASIC语言的水平，如四则运算、关系运算、计数、位运算和三角函数运算等；如：加减：ADD/SUBI012I013；乘除：MUL/DIVI012I013；给变量加1：INCI04320(4)程序控制功能主要用于跳出运行或转入循环运行。如“JUMP”跳转到指定标号或程序，“CALL”调出指定程序，“IF”是判断语句。如：JUMPJOB：TEST1IFIN#(14)=OFF;CALLJOB:TEST1IFIN#（24）=ON；(5)输入输出功能用来与外部传感器进行信息交互和中断。如“DOUT”执行外部输出信号的开关，“DIN”给变量读入输入信号，“WAIT”待机至外部输入信号与指定状态相符。如：DINB016IN#(16);——把通道16的输入信号赋给变量B016。WAITIN#(12)=ONT=10.00;;——当通道12信号为开时，等待10秒213、机器人的编程方法•根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法：•(1)示教编程示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照我们所要求的轨迹运动，其优点是：简单方便；不需要环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械结构带来的误差。其缺点是：功能编辑比较困难；难以使用传感器；只能进行简单的轨迹编辑；示教时需要占用机器人，效率低；编程的质量取决于编程者的熟练程度与经验。22•(2)离线编程离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。233.1示教编程3.1.1示教编程基础知识（1）机器人的运动方式机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动到终点，而对两点间轨迹不做规定）。CP方式为连续轨迹方式（即机器人以设定的速度按特定轨迹从起始点运动到终点）。基于以上特点可知，对弧焊机器人进行编程时，如果仅仅是空间运动或位置变换，应该使用PTP运动方式，而机器人进行焊接操作时（即对焊缝轨迹编程），宜采用CP运动方式。24（2）机器人的动作模式机器人有如下动作模式：TECH模式：示教方式，对所有工作点进行示教操作。PLAY模式：再现方式，对示教任务进行再现操作。25（3）机器人的坐标系机器人的坐标系分为：关节坐标系和直角坐标系等。关节坐标系是单轴运动方式，在关节坐标模式下通过示教盒可以控制机器人各轴围绕关节旋转运动，该运动方式适合机器人进行大范围运动时使用。关节坐标系基本轴S轴本体回转±180°L轴下臂前后摆动＋155°、－110°U轴上臂上下摆动＋210°、－80°R轴手腕回转±190°B轴手腕上下摆动＋230°、－50°T轴手腕回转±360°262728S轴:本体回旋U轴:上臂上下摆动R轴:上臂回旋T轴:手腕回旋B轴:手腕上下摆动下臂前后摆动L轴:关节坐标系29直角坐标系为多轴合成运动方式，机器人以末端执行器尖端为相对坐标原点，按笛卡儿直角坐标运动，该方式适合靠近工件时的小范围机器人运动姿态调整和示教。基本轴X方向沿X轴平行移动Y方向沿Y轴平行移动Z方向沿Z轴平行移动直角坐标系腕部轴X绕X轴转动Y绕Y轴转动Z绕Z轴转动30Z轴X轴Y轴31323.1.2示教编程实际操作(1)XRC介绍•主电源开关和门锁•再现操作盒•示教编程器1、前言33主电源开关急停键报警按钮暂停按钮启动按钮伺服电源显示再现模式/示教模式切换34(2)再现操作盒35(3)示教编程器36•光标键手动速度键轴操作键选择键回车键安全开关在内侧,握住时,伺服电源接通.坐标键插入键插补方式键连锁+试运行示教锁定37（4）简单的基本操作究竟怎样才能让机器人工作呢？•接通电源•示教：教机器人工作。•再现：机器人执行示教的工作。•切断电源基本工作过程可以用下图说明：38392接通电源注意：接通电源时，请务必按照先开主电源再开伺服电源的顺序。接通电源前，必须充分确认机器人周围是否安全。（1）接通主电源把XRC正面主电源开关旋至“ON”位，接通主电源，XRC内部进行初始化诊断后，在示教编程器上显示初始画面。40（2）接通伺服电源把XRC正面主电源开关旋至“ON”位，接通主电源，XRC内部进行初始化诊断后，在示教编程器上显示初始画面。（a）再现模式时按再现操作盒的[SERVOONREADY]键，接通伺服电源，该键灯亮。41(b)示教模式时1.按再现操作盒的[SERVOONREADY]键，该键闪烁，此时伺服电源未通。2.在示教编程器上按[示教锁定]键。3.握住安全开关，接通伺服电源。再现操作盒上的[SERVOONREADY]键灯亮。注意：伺服电源接通时可听见伺服电机带电后的声音。42注意：伺服电源的ON/OFF——安全开关的使用。握住安全开关，接通伺服电源，伺服电源的灯亮，但是用力握至喀哒声响，伺服电源反而被切断。如下图所示：433.示教(1)示教前的准备开始示教前，请做以下准备：•使再现操作盒能有效操作•把动作模式定为示教模式•示教锁定•输入程序名再现操作盒上的按键示教盒上的按键(a)确认再现操作盒的[REMOTE]键的灯是熄灭状态，以保证再现操作盒的操作有效。(b)按再现操作盒的[TEACH]键，定为示教模式。(c)按示教盒上的[示教锁定]键，如未加示教锁定时，不能通过安全开关接通伺服电源。44(d)在主菜单选择【程序】，然后在子菜单中选择【新建程序】。45(e)显示新建程序画面，按[选择]键。46(f)显示字母表画面。以名为“TEST”的程序为例进行说明。注意：程序名称可使用数字、英文字母及其他符号，最大长度为8个字符。47(g)光标放在“T”上按[选择]键。以同样的方法输入“E”、“S”、“T”。48(h).按[回车]键，程序名“TEST”被输入。49(e)光标移动到“执行”上，按[选择]键，程序“TEST”被输入到XRC的内存中，程序被显示，“NOP”和“”END命令自动生成。50（2）示教利用MOTOMAN-UP20弧焊机器人完成下图所示角焊缝的焊接。图中1点为机器人起始位置、2点为准备点完成焊枪姿态的调整、3点为起焊点、4点为焊接结束点、5点为焊枪返回起始位置过程中的安全点。3～4点间的直线为焊缝位置。№51程序点1——开始位置移动到完全离开机器人周边物体的位置输入程序点1。1.握住安全开关，接通伺服电源，机器人进入可动作状态。2.用轴操作键把机器人移动到适合作业的位置点1。3.按[插补方式]键，把插补方式定为关节插补。输入缓冲行中以MOVJ表示关节插补。524.光标在行号0000处时，按[选择]键，此时光标转移到输入缓冲显示行处，继续按光标键将光标移至设定速度处，然后设定相应的再现速度，设定再现速度为50。5.按[回车]键，输入程序点1（行0001）。53程序点2——作业开始位置附近在该点处调整机器人姿态至合适的作业姿态。1.用轴操作键，设定机器人姿态为合适的作业姿态。2.按[回车]键，输入程序点2（行0002）。54程序点3——作业开始位置保持程序点2的姿态不变，并移向作业开始位置