法那科机器人编程之基本配置和组件功能.doc

2. 概述本章展示了FANUC机器人系统基本的配置，并简短描述了每个组件的功能。本章目录2.1 操作工具软件2.2 机器人2.3 控制器一个FANUC机器人系统包括了用于操作工件的工具软件、机器人本身的机械单元（FANUC机器人系列）和机器人控制系统。在操作汽车零件和其他产品时，机器人系统展现了杰出的性能。用于操作工件的工具软件工件操作软件是装在控制单元上的一个应用程序包。可以通过教导盒上的特定的指令和菜单，执行所有工作。用于操作工件的工具软件包括控制机器人手臂的指令、远程控制单元和其他外围设备。可以用这个软件，控制附加轴,控制控制单元与其他外围设备的输入输出（I/O）。其他外围设备包括电池控制、软盘驱动器、打印机和图像传感器。机器人机器人拥有一个焊接喷枪或者其他用于能够控制而工作的受动连接端。这个FANUC机器人是用来操作工件弧焊的。控制器机器人控制单元提供驱动机械单元的动力。装在控制单元上的工件操作软件控制教导盒、操作面板和外围设备。包括远程控制单元的外围设备，同样用于配置系统，以达到操作工件的目的。 远程控制单元用于控制机器人控制单元。 通过输入输出(I/O)接口和其他通讯单元系列，操作手柄、软驱、打印机和其他设备。图. 2-1 示意了一个典型的操作工件的机器人系统。系统包括了一个机器人、控制单元和外围设备。Figure 2-1. 轿车车门装配系统这个控制器在一个机柜中有一个控制机构（以下文均指R-J2 Mate 控制器），它在单机状态有效（FANUC SYSTEM R-J2 Mate）。在本手册中，外围单元是指操作弧焊系统中必须的单元，包括远程控制器。 远程控制器使R-J2 Mate控制器可以进行外部控制。 通过输入输出接口和一系列通讯方法，控制工件卡具，软驱和打印机。2.1操作工具软件我们特别设计了用于材料处理操作的操作工具软件。工具软件包含在机器人中，它能够做到如下功能： 设置系统用于材料处理。 创建一个程序。 运行程序的测试操作。 运行自动操作。 状态显示或监控。可选功能的组合，会扩展系统，并增强了管理功能。2.1.1 系统设定在弧焊操作工具软件（Handling LR ARC tool）的界面上，有参数设置用于操作弧焊系统（可以参看第三章，了解怎样设置弧焊系统）。通过弧焊操作工具软件，可以控制焊枪、焊接机、远程控制器和其他外围单元。在弧焊操作开始前，需要注意以下几点：焊枪、电焊机和其他外围设备从何输入、从何输出，坐标系统、通讯和自动操作系统又是如何。2.1.2 机器人的手动进给机器人的手动进给指得是，根据需要，在教导盒上手动输入指令，操作机器人动作。当用机器人手动进给，执行程序运动指令时，机器人向目标运动，随之位置被记录下来（对于机器人的手动进给，参看第五章）。2.1.3 编程一个程序包括动作指令、输入输出指令、寄存指令和转移指令（对于程序结构，参看第四章）。每条指令都有一个语句号。通过连续执行这些指令，完成目标工作。跟踪定位教导盒用于创建和改正程序（对于创建程序，参见第五章）。程序包括了以下指令。图23列举了操作弧焊的基本编程。 动作指令：移动工具到操作范围内的目标位置。 附加运动指令：在运动中，执行一个附加（特别）的操作。 弧焊指令：控制焊接机和焊枪。 寄存指令：向寄存器输入（读取）数据。 位置寄存指令：向寄存器输入（读取）位置数据。 输入输出指令：接收或向外围设备输入信号。 转移指令：改变程序流程。 等待指令：直到特定条件满足前，暂停程序的执行。 程序调入指令：调入并执行一个子程序。 宏指令：调用一个特定程序并执行。 装运指令：装运工件。 程序结束指令：终止程序。 注释指令：添加程序的注释。 其他指令图 2-2. 弧焊程序程序名称行号 程序指令运动指令宏指令结束指令程序结束标志程序名称行号 程序指令运动指令弧焊指令程序结束标志SAMPLE1 JOINT 10%1/81: J P1 100% FINE2: HAND1CLOSE3: J P2 70% CNT504: L P3 500mm/sec CNT105: HAND1OPEN6: L P4 500mm/sec CNT107: HAND1CLOSE8: ABORTEndPOINT TOUCHUP Program nameLine numberProgram instructionsMotion instructionMacro instructionEnd instruction2.1.4 测试操作 (测试执行模式)在系统设置和程序创建完毕后，在测试执行模式下进行测试操作，检查正常操作下的程序（对于测试操作，参看6.2 节和6.3节）。在创建程序的过程中，程序的测试执行是一个重要的步骤。在开始自动操作前，请执行测试程序。2.1.5 自动操作(操作执行模式)自动操作（操作执行模式）是执行程序的最后步骤。在自动运行中，将执行以下过程： 制定程序将连续运行。(对于自动运行请参看第3.11 节和 6.8节) 在自动运行阶段，可以调整位置数据。 (参见6.9节的在线位置纠正) 在自动运行阶段，可以调整焊接状态数据。(对于焊接调整的解释，请看*节) 进程暂停，随后退出或者继续进行 。(对于暂停程序，请看6.1节)2.2 机器人机器人是由伺服电机驱动的轴和机械手臂的机械单元。连接机械手臂的地方是一个机械关节或者一个轴。J1, J2, 和J3是主轴。机器人的基本设置依据的是，每个主轴是作为线性轴还是旋转轴。腕轴的作用是移动在腕边缘上的受动端（工具）。腕本身可以围绕另外一个腕轴旋转，同时受动端可以绕另外一个腕轴旋转。图 2-3. 主轴和腕轴图 2-4. 有夹头的机械手图 2-5. 有吸盘无夹头的机械手在一个弧焊系统中，弧焊枪装在机器人的机械腕上。在腕端上安装一个弧焊枪。LR弧焊软件会控制焊枪和焊接机，这样能确定最适宜的焊接方法。通过和系统设计者的商议，选择对您的应用最合适的焊枪。图 2-6. 焊枪用于MAG焊接的弧形焊枪 用于TIG焊接的直线焊枪2.3 控制器机器人控制器包括动力单元、使用者接口电路、动作控制电路、存贮器电路和输入输出电路。这个机器人控制器（这个指R-J2 Mate控制器）使用在单机型(FANUC SYSTEM R-J2 Mate)中，对于详细资料，请参考维护手册。使用者应该使用教导盒和操作箱操作控制单元。操作控制线路控制伺服放大，通过主CPU电路，从而运行包含所有附加轴的机器人轴。存贮器电路可以存储由使用者设置在CPU电路板上的CMOS存储器上的程序和数据。输入输出电路通过I/O接口电缆和外围连接电缆，接受和传送信号，使控制器与外围设备互联。远程输入输出信号用于和远程控制器的通讯。图 2-7. 机器人控制器控制器线路设计依赖于它控制的机器人和系统，更详细的资料请参见维护手册。2.3.1 教导盒教导盒是操作工具软件和操作者之间的桥梁。它通过电缆与控制器的印刷板连接。可以用教导盒进行以下的操作：机器人的连续手动进给J 程序生成 测试模式 实际工作的进行 状态的检查教导盒包括以下部分： 16行，每行40字符的液晶显示器 11个LED（发光管） 11个LED（包括为LR弧焊软件设计的LED)注意为了不导致操作失误，教导盒的操作者不能佩戴手套 61个按键 61个按键（包括为LR弧焊软件设计的3个按键）以下为提供的开关：Teach pendantenable switch教导盒使能开关这个开关决定了教导盒是否可用。当开关关闭时，手动进给、程序的生成或者测试模式都不能进行。deadman switch特殊手持式开关这个开关是一个使能装置。在教导盒可操作时，只有deadman开关抱紧，机器人才可以动作，如果放开这个开关，机器人会立即停止。Emergency stopbutton紧急停机按钮按下这个按钮会立即停止机器人的运行。图 2-8. 教导盒上的开关词汇对照：Teach pendant enable switch 教导盒使能开关Emergency stop button 紧急停机按钮Deadman switch 特殊手持式开关（Deanman开关）图 2-9 示意了教导盒的操作图 2-9. 教导盒37图 2-9.词汇对照表Status indicators:Indicates alarm, running, busy status, etc.状态指示：显示警报、运行或繁忙等状态Status LEDs:Status indicator状态LED（发光二极管）：状态指示Enable/Disable switch (Teach pendant ON/OF switch): Selects teach pendant enable/disable.使能开关（教导盒开关）：选择教导盒开关状态MENUS key: Use this key to display the menu screen.菜单键: 用此键设置菜单屏幕Cursor keys: Use these keys to move the cursor.光标键：用此键移动光标STEP key: Use this key to switch between step execution and cycle execution.单步键: 用过此开关选择单步还是循环运行RESET key: Use this key to clear the alarm.重启键： 通过此键解除警报BACK SPACE key: Use this key to delete the character or number immediately before the cursor.退位键： 用此键立即删除光标前的字符或者数字ITEM key: Use this key to select an item using its number项目键： 选择该键上的数字ENTER key: Use this key to enter a numeric value or to select an item from the menu.输入键： 用此键输入一个数字量或者从菜单选择一个项目POSN key: Use this key to display the POSITION screen.位置键：用此键调用位置（POSITION）屏幕I/O key: Use this key to display the I/O screen.输入输出（I/O）键： 用此键调用输入输出（I/O）屏幕STATUS Key: Use this key to display the STATUS screen.状态键：用此键调用状态（STATUS）屏幕LCD screen (16*40):Displays programs, data, diagnostic information, etc.液晶屏（1640）显示程序、数据、对话信息等Emergency Stop button: Use this button for Emergency stop紧急停机按钮： 用此按钮进行紧急停机。FCTN key: Use this key to display the supplementary menu.FCTN键：按此键调出辅助菜单Program keys: Use these keys to select menu options.程序键 用此键选择菜单选项HOLD key: Use this key to stop the robot.保持键： 用此键停止机器人运行FWD (forward) key: Use this key to execute the next program statement.前进键（FWD）：通过此键执行下一条程序Jog keys: Use this key to move the robot manually.手动进给键用此键手动移动机器人。COORD (coordinate) key:Use this key to select the jog coordinate system or select another group.坐标键：通过此键选择进给坐标系或其他部分Jog Speed keys: Use these keys to adjust the speed of the robot when it moves.进给速度键：用此键调整运动中的机器人速度TOOL Keys: Use this key to display the Tool 1 screen and Tool 2 screen.工具键： 用此键调用工具1（Tool 1）和工具2（Tool 2）屏幕MOVE MENU Key: Use this key to invoke a Macro program. The Macro program can move the robot to its HOME position.移动菜单键：用此键调用一个宏命令。此宏命令将机器人移动到初始（HOME）位置。SET UP keys: Use this key to display the SETUP screen.设置键：用此键调用设置（SETUP）屏幕Arc LEDs:Displays arc welding status.电弧焊LED灯：显示焊接状态WELD ENBL Key:Alternately Enable and Disable Weld equipment.焊接使能键：交替开关焊接机.WIRE keys: Advance and Retract the wire manually.焊丝键： 手动进给和收回焊丝MAN FCTN keys: Use this key to display the Manual function screen.人工键：用此键调用手动功能屏幕教导盒上的按钮教导盒上有如下几类按钮 菜单相关按钮 手动进给相关按钮 执行相关按钮 编辑相关按钮表 2-1. 菜单相关按钮按键功能F1 F2 F3 F4 F5此键功能是选择界面最下面行的功能菜单NEXT此键功能是切换功能键菜单到下一页MENUS FCTNMENUS键显示屏幕菜单FCTN键显示功能菜单SELECT EDIT DATASELECT键显示程序选择界面EDIT键显示程序编辑界面DATA键显示程序数据界面MOVEMENUSETUP使用MOVE MENU菜单键移动机器人到一个参考位置。创建一个移动到这个参考位置的程序，给它分配一个宏指令，这样通过这个键就可以达到目的。SETUP键显示设置界面MANFCTNS用MAN FCTNS键显示手动操作界面STATUS用STATUS键显示当前状态界面I/O用I/O键显示输入输出界面POSN用POSN键显示当前位置界面表2-2. 进给相关按键KeyFunctionSHIFT用SHIFT键执行机器人的进给，教导位置数据并运行程序。左右两个SHIFT键功能相同。Z Y X Z Y X(J3) (J2) (J1) (J3) (J2) (J1)Z Y X Z Y X(J6) (J5) (J4) (J6) (J5) (J4)当移动键（SHIFT）按下时，这些进给键有效。它们都用作进给功能。表 2-2. (接上页) 进给相关按键按键按键功能COORD用COORD键选择手动进给坐标系（手动类型）。每次按下COORD键，就选择了列表中的一种手动类型：关节坐标系（JOINT）、 手动坐标系（JGFRM）, 全局坐标系（World frame）, 工具坐标系（TOOL）, 用户坐标系（USER）。在移动键（Shift）按下时，按下此键，就会显示改变坐标系的手动菜单+%用这个倍率控制键控制进给速度的增量。每按一下按键，就会选择列表中的超越量：VFINE,FINE,1%,5%, 50%, 100%.）(5% 或者5% 以下，变化量为5% ；5% 或者5% 以上，变化量为5%)表 2-3. 执行相关按键按键功能FWD BWD用FWD键和BWD键（SHIFT键）开始程序。当移动键（SHIFT）在程序重新生成时释放，程序暂停。HOLDHOLD键暂停程序STEP用STEP键选择分步还是连续测试操作表 2-4. 编辑相关按键按键功能PREVPREV键存储了最近的状态。在某些情况下，界面不能马上回到上一个状态。ENTER用ENTER键输入一个数字或者选择一个菜单STEP用STEP键选择分步还是连续测试操作BACK SPACE用BACK SPACE键立即删除光标前的字符和数字。CURSOR用CURSOR键移动光标。光标在教导盒屏幕上是高亮显示的。随着教导盒按键的按下，它会变成操作目标（输入、值的改变或者列表）ITEM用ITEM键移动光标到指定号码的行表 2-5.操作相关按键表 25（接上页）. 操作相关按键按键功能TOOL1 TOOL2用TOOL1和TOOL2键显示工具1或者2界面表 2-6. 弧焊相关按键按键功能WELD ENBL用WELD ENBL（SHIFT键）控制焊接使能（即能否开始焊接）WIRE WIRE 用WIRE+/键(+ SHIFT键)，手动递送或者收回焊丝教导盒上的LED灯图2-10. 教导盒上的LED灯表 2-7. 教导盒上的LED灯LED灯功能FAULT灯亮表明警报发生HOLD灯亮表明HOLD键（保持键）被按下或者正在输入保持信号（HOLD）STEP灯亮表明系统正运行在分步状态BUSY灯亮表明机器人正在工作。如果程序正在执行或者打印机、软驱单元正在运行，此灯也会点亮RUNNING灯亮表明程序正在执行WELD ENBL灯亮表明可以进行弧焊ARC ESTAB灯亮灯亮表明弧焊进行中DRY RUN灯亮表明在测试操作状态，预操作JOINT灯亮表明选择关节手动坐标（JOINT）作为手动进给坐标系（手动类型）XYZ灯亮表明选择笛卡儿坐标系（JGFRM World frame 或者 USER）作为手动进给坐标系（手动类型）TOOL灯亮表明选择工具坐标（TOOL）作为手动进给坐标系（手动类型）2.3.1.1 显示教导盒界面图2-11.显示的就是液晶屏上显示的工具操作软件界面。根据操作机器人的需要，选择需要功能的界面。图212显示了通过屏幕菜单选择界面。图 2-11. 程序编辑界面图 211词汇表Program which is being executed正在执行的程序Program which is being edited正在编辑的程序Line number行号Program end symbol程序结束标记Current line number Indicates the number of the line in the program being executed.当前行号，表明程序中正被执行的行号Manual-feed coordinate system (jog type) Indicates the current jog type.手动进给坐标系（手动类型），表明当前手动类型TP forward/backward disable FBD is displayed when the teach pendant is enabled and is set so that start from teach pendant is prohibited禁用TP（教导盒）上的forward/backward键。显示FBD表明教导盒有效，且设置为禁止从教导盒启动Execution status Indicates ABORTED, PAUSED, or RUNNING.执行状态，表明失败、暂停或者运行状态Feedrate override The override key specifies the percentage of the maximum feedrate.进给倍率，倍率控制键制定了最大进给速度的百分率Current line and total number of lines Indicates the number of the line in the program being executed or edited and the total number of lines in the current program.当前行和总行数，表明程序正执行或者编辑的行号和当前程序的总行数Prompting message Prompts the operator to enter data. The message depends on the selected screen and the position of the cursor.提示信息，提示操作者输入数据。信息依据于选择的界面和光标的位置Function key menu indicates the function key labels. The menu depends on the selected screen and the position of the cursor. Labels including shows that the selection menu is displayed when this label is selected.功能键菜单，显示功能键标签。菜单依据于选择的界面和光标的位置。标签包括当选择了标签后，会显示相应的菜单。屏幕菜单和功能菜单菜单用来操作教导盒。通过选择MENUS显示屏幕菜单，通过选择FCTN显示功能菜单。图 2-12, 图 2-13, 和图2-14 分别显示了屏幕菜单、附加菜单和快捷菜单屏幕菜单用屏幕菜单选择界面。屏幕菜单列举了如下选项（参见附录A.1的菜单条目和附录A.2的界面类型）按MENUS键，可以在教导盒上显示屏幕菜单。图 2-12. 屏幕菜单表 2-8. 屏幕菜单LED灯功能UTILITIES实用界面用来显示一些提示TEST CYCLE用来设定测试操作数据MANUAL FCTNS这个手动操作界面用来执行宏指令ALARM警报历史记录界面显示了警报的历史记录和细节I/O输入输出界面用来显示和设定手动输出、仿真输入输出和信号的分配。SETUP设置界面用来设置系统FILE文件界面用来读取或者存储文件USER用户界面显示用户信息SELECT程序选择界面用来列举或者创建程序EDIT程序编辑界面用来校正和执行程序DATA程序数据界面用来显示位置寄存器和堆跺寄存器中的值。STATUS状态界面显示系统状态POSITION位置界面显示了机器人的当前位置SYSTEM系统界面用来设置系统参数和控制系统功能菜单功能菜单用来执行各种功能（对于菜单目录，请参看附录A.1）。按教导盒上的FCTN键，可以显示功能菜单。图 2-13. 功能菜单表 2-9. 功能菜单LED灯功能ABORT (ALL)退出正在执行的程序或临时终止Disable FWD/BWD设置能否从教导盒启动程序CHANGE GROUP手动进给中，改变操作组。只有设置了多个组，才能显示此菜单。TOGGLE SUB GROUP套紧机器人主轴和扩展轴间的连接TOGGLE WRIST JOG套紧姿态控制进给和腕关节进给（不包括腕姿态线性进给）之间的连接RELEASE WAIT跳过当前执行程序的等待指令。当等待状态解除时，程序的执行会临时停止在随后的等待指令QUICK/FULL MENUS捆绑了一个由普通界面和快捷界面组成的菜单SAVE把与当前界面相关的数据存贮在一张软盘或者存储卡上PRINT SCREEN打印当前屏幕上的数据快捷菜单当选择了功能菜单中的快捷菜单（QUICK/FULL），屏幕会显示由以下缩减组成的屏幕菜单 ALARM / 警报发生和警报历史界面 UTILITIES / 提示界面 Setup / 设置界面 DATA / 寄存器界面 MANUAL FCTNS STATUS I/O / 数字I/O、组I/O和机器人I/O 界面 POSITION图 2-14. 快捷菜单提示 可以用SELECT键调用程序选择界面。但是只有选择程序的功能可用。提示 可以用EDIT键调用程序编辑界面。但是只能修改位置和速度值。2.3.2 操作面板注意使用操作面板不要戴手套，以防止使用操作面板时，引起操作失误操作面板由按钮、开关和连接器组成。图215显示了在机柜上的控制面板。面板上按钮用来开关电源、开始程序、解除警报状态和进行其他操作。操作面板有一个RS-232C通讯接口和一个存储卡槽。表 210列举了操作者面板上的开关。表 2-11 列举了操作面板上的LED灯。表 2-10. 操作面板上的开关开关功能Power-on/off button开关机器人控制单元的电源。电源开时，按键亮。Emergency stop button按下此键立即停止机器人。顺时针方向旋转，解除此键。Alarm release button接触警报状态User #1 and #2 buttons执行用户键定义的功能Three mode switch通过此键选择适合机器人操作条件和使用状态的操作状态表 2-11. 操作面板上的LED灯LED灯功能Alarm表明警报状态。按下alarm release按钮解除警报状态图 2-15. 操作面板（标准）2.3.3 远程控制器系统配置中，远程控制器是属于外部设备，它连接到机器人控制单元。使用者使用外围设备和机器人控制单元提供的输入输出设备，创建系统操作，这些控制单元控制这些操作。2.3.4 显示器与键盘（CRT/KB）显示器和键盘是可选操作单元。一个外部显示器和键盘通过RS-232C标准的电缆连接到控制单元。几乎所有的教导盒上的功能，都可以用显示器和键盘完成，但不包括与机器人运行相关的操作。机器人运行相关的操作只能用教导盒运行。2.3.5 通讯根据通讯需要，提供了以下接口（通讯端口参见8.2节） 一个标准RS-232C端口（外部） 两个可选RS-232C端口（内部）2.3.6 输入输出通用信号和专用信号用来把外部单元的数据送达工具软件处理。通用信号（用户定义信号）由程序控制，用它从外部单元或焊枪收取信号，或者发送信号到外部单元或焊枪。专用信号（系统定义信号）具有特定作用。输入输出信号包括以下几点： 焊接输入输出（参见节*） 外围输入输出（参见节3.7） 操作面板输入输出（参见节3.8） 机器人输入输出（参见节3.6） 数字输入输出（参见节3.5.1） 组输入输出（参见节3.5.2） 模拟输入输出（参见3.5.3）控制单元的硬件和