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全国高等职业教育“十二五”规划教材全国工业机器人技能培养系列精品教材邢美峰主编王慧东王春暖副主编工业机器人操作与编程（ISBN978-7-121-28191-4）目录任务1认识工业机器人任务2搬运编程与操作任务3机器人涂胶编程与操作任务4喷漆编程与操作任务5数控车床上下料编程与操作任务6码垛编程与操作任务7工业机器人的离线编程任务1认识工业机器人1.1了解工业机器人1.1.1工业机器人分类及应用1.1.2工业机器人的组成1.1.3工业机器人的坐标系1.1.4工业机器人基本规格1.1.6工业机器人电气控制柜面板1.1.7示教器基本功能与操作1.1.8工业机器人操作安全注意事项任务1认识工业机器人1.1.1工业机器人分类及应用1.按臂部的运动形式分（1）直角坐标型臂部可沿三个直角坐标移动；（2）关节型臂部有多个转动关节；（3）圆柱坐标型臂部可作升降、回转和伸缩动作；任务1认识工业机器人1.1.1工业机器人分类及应用1.按臂部的运动形式分4）组合结构可以实现直线、旋转、回转、伸缩；（5）球坐标型臂部能回转、俯仰和伸缩。任务1认识工业机器人2、按执行机构运动的控制机能分点位型连续轨迹型3、按程序输入方式分离线输入型示教输入型4、按应用领域分类可分为搬运机器人、装配机器人、上下料机器人、焊接机器人、码垛机器人、喷涂机器人等。任务1认识工业机器人1.1.2工业机器人的组成工业机器人由本体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。本体:即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构；驱动系统:包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统：是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。任务1认识工业机器人1.1.3工业机器人的坐标系工业机器人一般有四个坐标系，基坐标系、关节坐标系、工具坐标系、工件坐标系。任务1认识工业机器人1.2手动操作工业机器人1.2.1手动操作功能简介1.2.1手动操作工业机器人拓展与提高1——十大工业机器人品牌任务1认识工业机器人1.2.1手动操作功能简介机器人的运动可以是连续的、也可以是步进的，可以是单轴独立的、也可以是多轴联动的，这些运动都可以通过示教器手动操作来实现。1.2.1手动操作工业机器人1、工业机器人启动基本操作2、单轴移动的手动操作3、工业机器人参考点设定4、工业机器人回参考点操作HSR-608工业机器人电气控制柜面板任务1认识工业机器人拓展与提高1——十大工业机器人品牌一、发那科（FANUC）－日本二、库卡（KUKARoboterGmbh）－德国三、那智（NACHI）不二越－日本四、川崎机器人－日本五、ABBRobotics机器人－瑞典六、史陶比尔（Staubli）－瑞士任务1认识工业机器人拓展与提高1——十大工业机器人品牌七、柯马（COMAU）－意大利八、爱普生（DENSOEPSON）机器人(机械手)－日本九、日本安川（YaskawaElectricCo.）－日本十、新松(SIASUN)机器人－中国任务2搬运编程与操作2.1新建、编辑和加载程序2.1.1程序的基本信息2.1.2新建程序2.1.3打开、加载程序2.1.4程序编辑、修改2.1.5程序检查2.1.6自动运行任务2搬运编程与操作2.1.1程序的基本信息1.常见的程序编制方法有两种，示教编程方法和离线编程方法。（一）示教编程方法：是由操作人员引导，控制机器人运动，记录机器人作业的程序点，并插入所需的机器人命令来完成程序的编制；（二）离线示教：是操作者不对实际作业的机器人直接进行示教，而是在离线编程中进行编程或在模拟环境中进行仿真，生成示教数据，通过PC间接对机器人进行示教。任务2搬运编程与操作2.1.1程序的基本信息2.程序的基本信息包括：程序名、程序注释、子类型、写保护、程序指令和程序结束标志。任务2搬运编程与操作2.1.2新建程序在如图所示的“示教界面”中点击下方左侧的“新建程序”按钮，在弹出如图所示的对话框中输入程序名，可新建一个空的程序文件。示教界面程序名输入对话框任务2搬运编程与操作2.1.3打开、加载程序打开程序对话框可查看系统中所有的程序文件及其属性，点击“示教界面”中的“打开程序”，可显示如图所示程序文件列表，选择一个现有的程序文件并点击“确认”后可加载选中的该程序文件。打开程序窗口任务2搬运编程与操作2.1.4程序编辑、修改示教主要提供程序编辑、修改功能，对于触摸屏手持器，本机器人控制系统提供两种操作方式即：短按和长按。2.1.5程序检查系统支持对编写的程序进行语法检查，若程序没有语法错误，提示报警号、出错程序及错误行号。任务2搬运编程与操作2.1.6自动运行在自动操作模式下可以运行机器人程序，任何程序必须先加载到内存中才能运行。1、加载程序2、自动运行程序程序加载界面任务2搬运编程与操作2.2搬运编程与操作2.2.1运动指令2.2.2等待和数字输出指令2.2.3工业机器人工作流程2.2.4搬运工艺分析2.2.5搬运运动规划和示教前的准备2.2.6搬运示教编程任务2搬运编程与操作2.2.1运动指令运动指令用来实现以指定速度、特定路线模式等将工具从一个位置移动到另一个指定位置。在使用运动指令时需指定以下几项内容：1.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,机器人动作类型有三种：关节定位（J）、直线运动（L）、圆弧运动（C）；2.位置数据：指定运动的目标位置；3.进给速度：指定机器人运动的进给速度；任务2搬运编程与操作2.2.2等待和数字输出指令1、等待指令WAIT(value)sec指令格式：WAIT(value)sec指令注释：用于在一个指定的时间段内，或者直到某个条件满足时的时间段内，结束程序的指令。程序说明如下：WAIT——等待指令Value——取常数（Constant）2、数字输出指令DO指令格式：DO[i]=ON/OFF指令注释：写操作，指令把ON=1/OFF=0赋值给指定的数字输出信号。程序说明如下：DO——是可以被用户控制的输出信号[i]——数字输出端口号，即寄存器号，范围为0-199ON/OFF——ON=1/OFF=0打开/关闭数字输出信号任务2搬运编程与操作2.2.3工业机器人工作流程使用工业机器人完成搬运工作，要经过5个主要工作环节，包括工艺分析、运动规划、示教前的准备、示教编程、程序测试。2.2.4搬运工艺分析机器人搬运是指物料在生产工序、工位之间进行运送转移，以保证连续生产的搬运作业。采用科学合理的搬运方式和方法，不断进行搬运分析，改善搬运作业，避免产品在搬运过程中，因搬运手段不当，造成磕、碰、伤，从而影响产品质量。为了有效地组织好物料搬运，必须遵循搬运的原则。任务2搬运编程与操作2.2.5搬运运动规划和示教前的准备1、运动规划机器人搬运的动作，可分解成为“抓取工件”、“移动工件”、“放下工件”等一系列子任务。可以进一步分解为“把吸盘移到工件上方”、“移动吸盘贴近工件”、“打开吸盘抓取工件”、“移动吸盘抬起工件”等一系列动作。图2-21搬运任务流程图任务2搬运编程与操作2.2.5搬运运动规划和示教前的准备2、示教前的准备（1）I/O配置本任务中使用气动吸盘来抓取工件，气动吸盘的打开与关闭需通过I/O信号控制。HSR-JR608机器人控制系统提供了完备的I/O通信接口，可以方便地与周边设备进行通信。本系统的I/O板提供的常用信号处理有输入信号x和输出信号Y。输入/输出主要是对这些输入/输出状态进行管理和设置。任务2搬运编程与操作2.2.5搬运运动规划和示教前的准备2、示教前的准备（2）坐标系设定本任务中使用气动吸盘从传送带A上抓取物品，将其放置到另外一条传送带B上的盒子里，运动轨迹相对简单，示教取点较容易，所以可以在基坐标系下编程，不需要建立新的工具坐标系。任务2搬运编程与操作2.2.5搬运运动规划和示教前的准备图2-22搬运任务示意图任务2搬运编程与操作2.2.6搬运示教编程为了使机器人能够进行再现，就必须把机器人运动命令编成程序。利用工业机器人把工件从A点搬到B点，此程序由6个程序点组成，搬运程序如下：表2-4搬运程序程序程序注释WAIT1等待1秒（为了配合传送带节拍，可根据实际情况修改）JP[1]100%FINE控制机器人工具点（吸盘）移动到传送带1上方JP[2]80%FINE移动吸盘贴近工件DO[1]=ON工具抓取工件WAIT1等待吸盘吸附工件JP[3]80%FINE工具抓取工件抬到安全高度JP[4]100%FINE中间点JP[5]80%FINE控制机器人工具点（吸盘）移动到传送带2上方DO[2]=ON工具放置工件WAIT1等待吸盘释放工件JP[6]100%FINE工具抬高到程序起始点，便于第二次搬运任务3机器人涂胶编程与操作3.1工业机器人的运动学分析3.1.1机器人位置与姿态的描述3.1.2工业机器人运动学任务3机器人涂胶编程与操作3.1.1机器人位置与姿态的描述机器人末端执行器的位置和姿态简称为位姿。在空间坐标系中，位置是由三个移动自由度确定，姿态是由三个旋转自由度确定。关节型机器人可视为由一系列关节连接起来的连杆组成。机器人运动学研究的是各杆件尺寸、运动副类型、杆间相互关系（包括位移关系、速度关系和加速度关系）等。手部相对固定坐标系的位姿和运动是我们研究的重点，因此，首先要建立相邻连杆之间的相互关系，即要建立连杆坐标系。，把坐标系固定在机器人的每一个连杆的关节上，可用齐次变换来描述这些坐标系之间的相对位置和姿态方向。任务3机器人涂胶编程与操作3.1.2工业机器人运动学1、连杆参数的关节变量2、连杆坐标系和齐次变换3、工业机器人的运动学正解4、工业机器人的运动学逆解任务3机器人涂胶编程与操作3.2涂胶编程与操作3.2.1直线运动和输入/输出条件等待指令3.2.2涂胶工艺分析3.2.3涂胶运动规划和示教前的准备3.2.4胶枪工具坐标系设定3.2.5涂胶示教编程任务3机器人涂胶编程与操作3.2.1直线运动和输入/输出条件等待指令1、运动指令（直线指令L）2、输入/输出条件等待指令WAIT(DI/DO)(比较符)（value）(操作)3.2.2涂胶工艺分析机器人涂胶是用特制胶枪，借助干燥压缩空气，将胶液喷涂到粘接表面上，胶层均匀，效率也高，适宜大面积粘接和大规模生产。任务3机器人涂胶编程与操作3.2.3涂胶运动规划和示教前的准备1、运动规划机器人涂胶的动作，可分解成为“等待涂胶控制信号”“打开胶枪”、“涂胶”、“关闭胶枪”等一系列子任务。可以进一步分解为“把胶枪移到第一条轨迹线上”、“胶枪移动到涂胶点”、“打开胶枪”、“移动胶枪涂胶”等一系列动作。任务3机器人涂胶编程与操作3.2.3涂胶运动规划和示教前的准备2、示教前的准备I/O配置本任务中需通过外部I/O信号启动机器人涂胶工作，此外胶枪的打开与关闭也需通过I/O信号控制。任务3机器人涂胶编程与操作3.2.4胶枪工具坐标系设定在进行涂胶编程之前，就需要构建起必要的编程环境，其中包括工具数据，需要在编程前进行定义。工具坐标系用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP、位姿等数数据。一般不同的机器人应用配置不同的工具，比如说弧焊的机器人使用弧焊枪作为工具，而用于搬运板材等机器人就会使用吸盘式的夹具作为工具。HSR-608机器人默认工具的工具中心点位于第五轴和第六轴的交点，即位于于机器人手腕中心点，如图3-11所示。任务3机器人涂胶编程与操作3.2.4胶枪工具坐标系设定HSR-608机器人默认工具的工具中心点位于第五轴和第六轴的交点，即位于于机器人手腕中心点，如图3-11所示。图3-11HSR-608机器人工具坐标系任务4喷漆编程与操作4.1喷漆前的准备4.1.1喷漆工艺分析4.1.2运动规划4.1.3示教前的准备4.1.4喷枪工具坐标系六点标定4.1.5工作台工件坐标系设定任务4喷漆编程与操作4.1.1喷漆工艺分析随着工业自动化水平的提高，工业机器人应用也越来越广泛。机器人喷涂作为工业机器人的一个应用领域，主要包括汽车喷漆、家电喷涂、静电喷涂及家具喷涂等几大类。机器人