工业机器人技术基础

,sdfsdfsdf,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,sdfsdfsdf,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,1,机器人技术基础,2,工业机,器,器人简,介,介,Motoman机器,人,人编程,指,指令,机器人,的,的编程,方,方法,3,1、Motoman机机器人简简介,工业机,器,器人作,为,为现代,制,制造技,术,术发展,重,重要标,志,志之一,和,和新兴,技,技术产,业,业，已,为,为世人,所,所认同,。,。并正,对,对现代,高,高技术,产,产业各,领,领域以,至,至人们,的,的生活,产,产生了,重,重要影,响,响。,工业机,器,器人一,般,般指用,于,于机械,制,制造业,中,中代替,人,人完成,具,具有大,批,批量、,高,高质量,要,要求的,工,工作，,如,如自动化,生,生产线,中,中的点,焊,焊、弧焊、喷漆,、,、切割,、,、电子装,配,配及物,流,流系统,的,的搬运、包装,、,、码垛,等,等作业,的,的机器,人,人。此,外,外，机,器,器人也,可,可用于,软,软质材,料,料的切,削,削加工,，,，如陶,泥,泥，泡沫,，,，石蜡，有机玻,璃,璃等。,4,1、Motoman机机器人简简介,焊接制,造,造工艺,由,由于其,工,工艺的,复,复杂性,、,、劳动,强,强度、,产,产品质,量,量、批,量,量等要,求,求，使,得,得焊接,工,工艺对,自,自动化,对,对于其,工,工艺的,自,自动化,、,、机械,化,化的要,求,求极为,迫,迫切，,实,实现机,器,器人焊,接,接代替,人,人工操,作,作成为,焊,焊接工,作,作者追,求,求的目,标,标。,5,轿车后桥桥双机协协调弧焊焊系统,焊接机器器人典型型应用案案例,6,车身焊接接线,7,轿车座椅椅骨架弧弧焊系统统,8,火车侧梁梁弧焊系系统,9,激光焊接接系统,10,等离子焊焊接系统统,11,1.1弧弧焊机机器人,机器人,操,操作机,：,：日本MOTOMANUP20型6,轴,轴关节,式,式机器,人,人,机器人,控,控制器,：,：YASNAC XRCUP20型,负载能,力,力：20kg,自由度,：,：6自,由,由度,重复定,位,位精度,：,：0,.,.08mm,工作范,围,围：半,径,径1658mm,驱动：,交,交流伺,服,服电机,。,。,焊接电,源,源：MOTOWELD-S350, CO2/MAG焊机,，,，可以,实,实现碳,钢,钢、低,合,合金高,强,强钢和,不,不锈钢,等,等的焊,接,接；,最,最大焊,接,接电流350A,保护气,体,体：CO2、Ar,+,+CO2、 Ar+CO2+O2,焊丝：,直,直径0,.,.9、1.2,、,、1.6mm,实,实心焊,丝,丝或药,芯,芯焊丝,，,，如H08Mn2SiA等,12,1.2弧弧焊机机器人系系统简介介,机器人要要完成焊焊接作业业必须依依赖于控控制系统统与辅助助设备的的支持和和配合。完整的的焊接机机器人系系统一般般由如下下几部分分组成：机器人人操作机机、变位位机、控控制器、焊接系系统、焊焊接传感感器、中中央控制制计算机机和相应应的安全全设备等等。,13,1.3弧弧焊机机器人系系统的构构成,1.机器器人操作作机,日本安川川（YASKAWA）公司：MOTOMAN-UP20型,2.机器器人控制制器,YASNACXRC UP20型型,3.焊接接电源,MOTOWELD-S350型弧焊焊电源,4.辅助助系统,送丝机构构、焊丝丝、焊接接保护气气体等,14,15,（1）机机器人操操作机,机器人本本体,机器人操操作机是是焊接机机器人系系统的执执行机构构，它由由驱动器器、传动动机构、机器人人臂、关关节以及及内部传传感器（编码器器）等组组成。它它的任务务是精确确的保证证末端操操作器所所要求的的位置、姿态和和实现其其运动。由于具具有六个个旋转关关节的铰铰接开链链式机器器人操作作机从运运动学上上已被证证明能以以最小的的结构尺尺寸为代代价获取取最大的的工作空空间，并并且能以以较高的的位置精精度和最最优路径径到达指指定位置置，因此此这种类类型的机机器人操操作机在在焊接领领域得到到广泛的的应用。,16,（2）机机器人人控制器器,机器人控控制器是是整个机机器人系系统的神神经中枢枢，它由由计算机机硬件、软件和和一些专专用电路路构成，其软件件包括控控制器系系统软件件、机器器人专用用语言、机器人人运动学学及动力力学软件件、机器器人控制制软件、机器人人自诊断断及自保保护软件件等。控控制器负负责处理理焊接机机器人工工作过程程中的全全部信息息和控制制其全部部动作。,控制柜,再现操作作盒,示教编程程器,17,（3）焊焊接系系统,焊接系统统是焊接接机器人人完成作作业的核核心装备备，主要要由焊枪枪、焊接接控制器器及水、电、气气等辅助助部分组组成。焊焊接控制制器是由由微处理理器及部部分外围围接口芯芯片组成成的控制制系统，它可根根据预定定的焊接接监控程程序，完完成焊接接参数输输入、焊焊接程序序控制及及焊接系系统故障障自诊断断，并实实现与本本地计算算机及手手控盒的的通讯联联系。,18,2、Motoman机机器人的的指令系系统,MOTOMAN机器,人,人所采,用,用的编,程,程语言,属,属于动,作,作级编,程,程语言,，,，该语,言,言是以,机,机器人,的,的动作,行,行为为,描,描述中,心,心，由,一,一系列,命,命令组,成,成，一,般,般一个,命,命令对,应,应一个,动,动作，,语,语言简,单,单，易,于,于编程,，,，缺点,是,是不能,进,进行复,杂,杂的数,学,学运算,。,。,MOTOMAN机器,人,人的指,令,令根据,功,功能主,要,要包括,如,如下几,种,种：,（1）,运,运动控,制,制功能,：,：运动,控,控制功,能,能是非,常,常重要,的,的一项,功,功能，,机,机器人,运,运动轨,迹,迹的控,制,制方式,主,主要是PTP,（,（点对,点,点）控,制,制方式,，,，其中,又,又包括,：,：a.,运,运动速,度,度设定,;,;b.,轨,轨迹插,补,补方式,(,(关节,插,插补、,直,直线以,及,及圆弧,插,插补),;,;c.,动,动作定,时,时;d,.,.定位,精,精度的,设,设定,例,例：MOVLV=138PL=0,TIMERT=1,.,.00,19,(2)数数据结构构功能,机器人语语言中采采用比较较通用的的数据结结构，如如一个点点的三维维矢量是是由其三三维坐标标以及机机器人末末端绕x,y,z旋转转的角度度表示，也可以以用六个个关节各各自的脉脉冲值表表示。,C0013=50.00, -35.00,0.00,180.0, 20.0, 0.0,(3)数数值运算算功能,与通用程程序语言言相比，机器人人语言的的数值运运算功能能大致相相当于BASIC语言言的水平平，如四四则运算算、关系系运算、计数、位运算算和三角角函数运运算等；,如：加加减：ADD/SUBI012I013；,乘除：MUL/DIVI012I013；,给变量加加1：INCI043,20,(4)程程序控制制功能,主要用于于跳出运运行或转转入循环环运行。如“JUMP”跳转转到指定定标号或或程序，“CALL”调出指指定程序序，“IF”是是判断语语句。,如：JUMPJOB：TEST1IFIN#(14)=OFF;,CALLJOB:TEST1IFIN#（24）=ON；,(5)输输入输出出功能,用来与外外部传感感器进行行信息交交互和中中断。如如“DOUT”执行外外部输出出信号的的开关，“DIN”给给变量读读入输入入信号，“WAIT”待机至至外部输输入信号号与指定定状态相相符。,如：DINB016IN#(16);把通道16的输输入信号号赋给变变量B016。,WAITIN#(12)=ONT=10.00;,;当通道12信号号为开时时，等待待10秒秒,21,3、机器器人的编编程方法法,根据机,器,器人不,同,同的工,作,作要求,，,，主要,有,有下面,两,两种编,程,程方法,：,：,(1)示教编,程,程,示教编,程,程是机,器,器人最,基,基本和,最,最简单,的,的编程,方,方法，,目,目前，,相,相当数,量,量的机,器,器人仍,采,采用示,教,教方式,编,编程，,机,机器人,示,示教后,可,可以立,即,即应用,。,。顾名,思,思义，,就,就是我,们,们通常,所,所说的,手,手把手,示,示教，,由,由人直,接,接通过,示,示教盒,控,控制机,器,器人的,手,手臂按,照,照我们,所,所要求,的,的轨迹,运,运动，,其,其优,点,点是：,简,简单方,便,便；不,需,需要环,境,境模型,；,；对实,际,际的机,器,器人进,行,行示教,时,时，可,以,以修正,机,机械结,构,构带来,的,的误差,。,。,其缺点,是,是：功,能,能编辑,比,比较困,难,难；难,以,以使用,传,传感器,；,；只能,进,进行简,单,单的轨,迹,迹编辑,；,；示教,时,时需要,占,占用机,器,器人，,效,效率低,；,；编程,的,的质量,取,取决于,编,编程者,的,的熟练,程,程度与,经,经验。,22,(2),离,离线编,程,程,离线编,程,程可以,脱,脱离机,器,器人，,直,直接在,计,计算机,上,上使用,离,离线编,程,程软件,，,，编辑,所,所需的,轨,轨迹程,序,序。其,优,优点是,：,：效率,高,高，编,程,程时可,不,不用机,器,器人，,机,机器人,可,可进行,其,其他工,作,作；可,预,预先优,化,化操作,方,方案和,运,运行周,期,期时间,；,；可用,传,传感器,探,探测外,部,部信息,，,，从而,使,使机器,人,人做出,相,相应的,响,响应；,控,控制功,能,能中可,以,以包括,现,现有的CAD,和,和CAM的信,息,息，可,以,以使用,仿,仿真软,件,件预先,模,模拟运,行,行程序,，,，从而,不,不会出,现,现危险,；,；可以,利,利用CAD软,件,件编辑,复,复杂的,轨,轨迹程,序,序。,但离线,编,编程中,所,所需要,的,的能补,偿,偿机器,人,人系统,误,误差的,功,功能、,坐,坐标系,数,数据仍,难,难以得,到,到；仿,真,真软件,并,并不能,完,完全仿,真,真真实,的,的工作,环,环境，,还,还需要,到,到现场,进,进行调,试,试。,23,3.1示示教编编程,3.1.1示示教编程程基础知知识,（1）机机器人人的运动动方式,机器人的的运动方方式分为为PTP方式和和CP方方式。,PTP,方,方式为点到,点,点方式,（,（即机,器,器人以,全,全速从,起,起始点,运,运动到,终,终点，,而,而对两,点,点间轨,迹,迹不做,规,规定）,。,。,CP方,式,式为连续,轨,轨迹方,式,式（即,机,机器人,以,以设定,的,的速度,按,按特定,轨,轨迹从,起,起始点,运,运动到,终,终点）,。,。基于,以,以上特,点,点可知,，,，对弧,焊,焊机器,人,人进行,编,编程时,，,，如果,仅,仅仅是,空,空间运,动,动或位,置,置变换,，,，应该,使,使用PTP运,动,动方式,，,，而机,器,器人进,行,行焊接,操,操作时,（,（即对,焊,焊缝轨,迹,迹编程,）,），宜,采,采用CP运动,方,方式。,24,（2）机机器人的的动作模模式,机器人有有如下动动作模式式：,TECH模式：示教,方,方式，,对,对所有,工,工作点,进,进行示,教,教操作,。,。,PLAY模式：再现,方,方式，,对,对示教,任,任务进,行,行再现,操,操作。,25,（3）机机器人人的坐标标系,机器人的的坐标系系分为：关节坐坐标系和和直角坐坐标系等等。,关节坐,标,标系是单轴,运,运动方,式,式，在,关,关节坐,标,标模式,下,下通过,示,示教盒,可,可以控,制,制机器,人,人各轴,围,围绕关,节,节旋转,运,运动，,该,该运动,方,方式适,合,合机器,人,人进行,大,大范围,运,运动时,使,使用。,关节坐标标系,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360,26,27,28,S轴:本体回旋旋,U轴:上臂上下下摆动,R轴:上臂回旋旋,T轴:手腕回旋旋,B轴:手腕上下下摆动,下臂前后后摆动,L,轴,:,关节 坐标标系系,29,直角坐,标,标系为多轴,合,合成运,动,动方式,，,，机器,人,人以末,端,端执行,器,器尖端,为,为相对,坐,坐标原,点,点，按,笛,笛卡儿,直,直角坐,标,标运动,，,，该方,式,式适合,靠,靠近工,件,件时的,小,小范围,机,机器人,运,运动姿,态,态调整,和,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,直角坐标标系,腕,部,轴,X,绕X轴转动,Y,绕Y轴转动,Z,绕Z轴转动,30,Z轴,X轴,Y轴,31,32,3.1.2示示教编编程实际际操作,(1)XRC介绍,主电源,开,开关和,门,门锁,再现操,作,作盒,示教编,程,程器,1、前言言,33,主电源开开关,急停键,报警按钮钮,暂停按钮钮,启动按钮钮,伺服电源源显示,再现模式式/示教教模式切切换,34,(2)再再现操操作盒,35,(3)示示教编编程器,36,光标键,手动速度度键,轴操作键键,选择键,回车键,安全开关关,在内侧,握住时时,伺服服电源接接通.,坐标键,插入键,插补方式式键,连锁+试试运行,示教锁定定,37,（4）简简单的的基本操操作,究竟怎样样才能让让机器人人工作呢呢？,接通电,源,源,示教：,教,教机器,人,人工作,。,。,再现：,机,机器人,执,执行示,教,教的工,作,作。,切断电,源,源,基本工,作,作过程,可,可以用,下,下图说,明,明：,38,39,2 接通通电源,注意：接接通电源源时，请请务必按按照先开开主电源源再开伺伺服电源源的顺序序。接通通电源前前，必须须充分确确认机器器人周围围是否安安全。,（1）接接通主电电源,把XRC正面主主电源开开关旋至至“ON”位，接通通主电源源，XRC内部部进行初初始化诊诊断后，在示教教编程器器上显示示初始画画面。,40,（2）接接通伺伺服电源源,把XRC正面主主电源开开关旋至至“ON”位，接通通主电源源，XRC内部部进行初初始化诊诊断后，在示教教编程器器上显示示初始画画面。,（a）再再现模式式时,按再现操操作盒的的SERVO ON READY键，接通伺伺服电源源，该键键灯亮。,41,(b)示示教模式式时,按再现,操,操作盒,的,的SERVO ON READY键,，,，该键,闪,闪烁，,此,此时伺,服,服电源,未,未通。,在示教,编,编程器,上,上按,示,示教锁,定,定键,。,。,握住安,全,全开关,，,，接通,伺,伺服电,源,源。再,现,现操作,盒,盒上的,SERVOONREADY,键灯,亮,亮。,注意：伺伺服电源源接通时时可听见见伺服电电机带电电后的声声音。,42,注意：伺伺服电源源的ON/OFF安全开关关的使用用。,握住安全全开关，接通伺伺服电源源，伺服服电源的的灯亮，但是用用力握至至喀哒声声响，伺伺服电源源反而被被切断。如下图图所示：,43,3.示示教,(1)示示教前的的准备,开始示教教前，请请做以下下准备：,使再现,操,操作盒,能,能有效,操,操作,把动作,模,模式定,为,为示教,模,模式,示教锁,定,定,输入程,序,序名,再现操作作盒上的的按键,示教盒上上的按键键,(a)确确认再再现操作作盒的REMOTE键的的灯是熄熄灭状态态，以保保证再现现操作盒盒的操作作有效。,(b)按按再现现操作盒盒的TEACH键键，定为为示教模模式。,(c)按按示教教盒上的的示教教锁定键，如如未加示示教锁定定时，不不能通过过安全开开关接通通伺服电电源。,44,(d)在在主主菜单选选择【程程序】，然后在在子菜单单中选择择【新建建程序】。,45,(e)显显示示新建程程序画面面，按选择键。,46,(f)显显示字字母表画画面。以以名为“TEST”的程序为为例进行行说明。,注意：程程序名称称可使用用数字、英文字字母及其其他符号号，最大大长度为为8个字字符。,47,(g)光光标标放在“T”上按选选择键键。以同同样的方方法输入入“E”、“S”、“T”。,48,(h). 按回车键，程程序名“TEST”被输入。,49,(e)光光标移动动到“执行”上，按选择键，程程序“TEST”被输入到到XRC的内存存中，程程序被显显示，“NOP”和“”END命命令自动动生成。,50,（2）示示教,利用MOTOMAN-UP20弧焊焊机器人人完成下下图所示示角焊缝缝的焊接接。图中中1点为为机器人人起始位位置、2点为准准备点完完成焊枪枪姿态的的调整、3点为为起焊点点、4点点为焊接接结束点点、5点点为焊枪枪返回起起始位置置过程中中的安全全点。34点点间的直直线为焊焊缝位置置。,51,程序点1开始位置置,移动到完完全离开开机器人人周边物物体的位位置输入入程序点点1。,1.握握住安全全开关，接通伺伺服电源源，机器器人进入入可动作作状态。,2.用用轴操作作键把机机器人移移动到适适合作业业的位置置点1。,3.按按插补补方式键，把把插补方方式定为为关节插插补。输输入缓冲冲行中以以MOVJ表示示关节插插补。,52,4.光光标在行行号0000处处时，按按选择择键，此时光光标转移移到输入入缓冲显显示行处处，继续续按光标标键将光光标移至至设定速速度处，然后设设定相应应的再现现速度，设定再再现速度度为50。,5.按按回车车键，输入程程序点1（行0001）。,53,程序点2作业开始始位置附附近,在该点处处调整机机器人姿姿态至合合适的作作业姿态态。,1.用用轴操作作键，设设定机器器人姿态态为合适适的作业业姿态。,2.按回车键，输输入程序序点2（行0002）。,54,程序点3作业开始始位置,保持程序序点2的的姿态不不变，并并移向作作业开始始位置。,此时，改改变机器器人的关关节坐标标系为直直角坐标标系即可可保证在在移动的的过程中中机器人人姿态不不变。,1.用用手动速速度高高或低键键，改变变机器人人移动的的速度至至中速，状态区区域显示示如下。,2.按坐标键，设设定机器器人坐标标系为直直角坐标标系，用用轴操作作键把机机器人移移到作业业开始位位置。,55,3.光光标在行行号0002处处时，按按选择择键，此时光光标转移移到输入入缓冲显显示行处处，继续续按光标键将光标移移至设定定速度处处，然后后设定相相应的再再现速度度，设定定再现速速度为12.5。,4.按按回车车键，输入程程序点3（行0003）。,56,程序点4作业结束束位置,1.保保持直角角坐标系系不变，用轴操操作键把把机器人人移动到到焊接作作业结束束位置。,2.按按插补补方式键，将将插补方方式设定定为直线线插补（MOVL）。输入缓缓冲显示示行显示示如下：,3.光光标在行行号0003处处时，按按选择择键，此时光光标转移移到输入入缓冲显显示行处处，继续续按光标键将光标移移至设定定速度处处，然后后设定相相应的再再现速度度，设定定再现速速度为138mm/s。,4.按按回车车键，输入程程序点4（行0004）。,57,程序点5不碰触工工件、夹夹具的位位置,1.用用轴操作作键将机机器人移移到不碰碰触工件件和夹具具的地方方。,2.按按插补补方式键，将将插补方方式设定定为关节节插补（MOVJ）。输入缓缓冲显示示行显示示如下：,3.光光标在行行号0004处处时，按按选择择键，此时光光标转移移到输入入缓冲显显示行处处，继续续按光标键将光标移移至设定定速度处处，然后后设定相相应的再再现速度度，设定定再现速速度为50。,4.按按回车车键，输入程程序点5（行0005）。,58,程序点6开始位置置附近,1.用用轴操作作键把机机器人移移开始点点附近。,4.按按回车车键，输入程程序点6（行0006）。,示教结束束,59,最初的程程序点和和最后的的程序点点重合,现在机器器人停在在第1程程序点附附近的第第6程序序点处。这时，如果能能从作业业结束位位置的程程序点5直接移移动到程程序点1的位置置，即可可进行下下面的作作业，从从而提高高工作效效率。因因此，作作如下修修改：把把最终位位置的程程序点6与最初初位置的的程序点点1设为为同一位位置。,60,1.把把光标移移到程序序1所在在行。,2.按按下前前进键键，机器器人移到到程序点点1的位位置。,3.把把光标移移到程序序6所在在行。,4.按按下修修改键键。,5.按按下回回车键键，程序序点6的的位置被被修改到到与程序序点1相相同的位位置。,程序点位位置的修修改：,61,（3）示示教轨轨迹的确确认,1.把把光标移移到程序序1所在在行。,3.按按下前前进键键，利用用机器人人的动作作确认每每一个程程序点。每按一一次前前进键键，机器器人移动动一个程程序点。,2.按按手动速速度的高或或低键，设设定速度度为中。,4.程程序点完完成确认认后，将将光标放放回程序序起始处处。,5.所所有程序序点的连连续动作作：按下下联锁锁键的的同时，按下试运行行键，机器人人连续再再现所有有程序点点，1个个循环后后停止。,62,（4）程程序的的修改,对程序进进行位置置修改、程序点点插入或或删除时时，按以以下步骤骤来编辑辑程序。,修改程序序点的位位置数据据,1.连连续按下下前进进键，把机器器人移至至待修改改的程序序点2。,2.用用轴操作作键把机机器人移移至修改改后的位位置。,3.按按下修修改键键。,4.按按下回回车键键，程序序点的位位置数据据被修改改。,63,插入程序序点,1.连连续按下下前进进键，把机器器人移至至程序点点5。,2.用用轴操作作键把机机器人移移至欲插插入的位位置。,3.按按下插插入键键。,4.按按下回回车键键，则完完成程序序点的插插入。所所插入的的程序点点之后的的各程序序点号码码自动加加1。,64,删除程序序点,1.连连续按下下前进进键，把机器器人移至至要删除除的程序序点6。,2.确确认光标标位于要要删除的的程序点点处，按按下删删除键键。,3.按按下回回车键键，完成成程序点点的删除除。所删删除的程程序点之之后的各各程序点点号码自自动减1。,65,（5）再再现,（a）再再现前的的准备,按下示示教锁定定键解解除示教教锁定，确认示教锁锁定键键上的灯灯处于熄熄灭状态态。,（b）再再现,（i）确确认认机器人人附近没没有人再再开始操操作。,(ii)按按下下再现操操作盒上上的PLAY键，设定为为再现模模式。,（iii）按按下再现现操作盒盒上的START键，机机器人把把示教过过的程序序再现运运行一次次后停止止。,注意：为为了从程程序头开开始运行行，务必必进行以以下操作作：,把光标,移,移到程,序,序开头,。,。,用轴操,作,作键先,把,把机器,人,人移到,程,程序点1。再,现,现时，,机,机器人,从,从程序,点,点1开,始,始动作,。,。,66,