初级课程-KUKA机器人分拣摆放工作站教材.docx

工业机器人最佳实践库卡机器人分拣摆放工作站连硕机器人职业培训中心电话mail:网址：/地址：广州市白云区北太路民营科技园白云电气科技大厦7楼48目录任务一 初识库卡机器人4一、 库卡机器人基础知识41库卡机器人简介42库卡机器人专用名词解释5二、机器人构成6任务二 启停机器人6一、机器人使用注意事项6二、机器人的启动和停止71. 示教操作步骤：72. 程序运行操作步骤：9任务三 认识示教编程器10一、 机器人作业示教方法10二、 库卡机器人示教编程器111库卡机器人示教器特点112smart PAD概览123窗口信息提示:144提示信息处理：14任务四 机器人的基础操作15一、示教权限与模式选择151进入专家界面152选择并设置机器人的运行模式15二、新建程序171创建新程序172打开已有程序173保存程序174插入程序行175删除程序行176查找字符187打开折叠18三、程序点位移动18四、坐标系的建立181坐标系182TCP的测量193确定工具坐标系姿态/朝向204基坐标系225建立基坐标系24五、逻辑编程251常用编程操作252子程序273程序指令27任务五 巧克力球的分类摆放实现29一、外部电气实现301电气元件302电气接线图30二 、配置机器人30配置I/O30三、机器人编程31四、与PC通信321. 系统Modbus通信322. Modbus通信接线333. 系统运行流程：33五、机器人操作34六、运行效果36附录：外部自动运行模式的过程和配置39配置并采用外部自动运行39使用外部自动运行接口的输入/输出端39分步任务划分42项目四 工业机器人分拣摆放实例本项目以工业机器人分拣工作站为例，系统的介绍了KUKA工业机器人工作站的基本构成，机器人操作注意事项、机器人手动操作方法及坐标系等概念，使学员能正确操作机器人，并对机器人进行基础实用的示教。学习目标：熟悉工业机器人的基本应用熟悉工业机器人分拣工作站的基本构成熟悉KUKA机器人示教器的机构、操作界面及按键功能熟悉工业机器人坐标系的相关知识熟悉机器人安全操作的相关知识能力目标：能根据示教要求，选择相应坐标系能手动操作机器人，使机器人快速准确到达目标点能对机器人进行基本的示教工作任务：任务一 认识库卡机器人任务二 启动停止机器人任务三 认识示教编程器任务四 机器人的基础操作任务五 巧克力球的分类摆放实现 任务一 初识库卡机器人一、 库卡机器人基础知识1库卡机器人简介德国库卡公司成立于1898年，自1977年开始系列化生产各种用途的机器人，是目前国际上最大的机器人制造商之一。库卡机器人最显著的特点是采用PC BASED控制系统，该系统在微软的Windows界面下操作。PC BASED控制系统的设计，再加上标准化的个人电脑硬件，以及简单的规划设置，使其平均故障间隔时间超越75000小时，而机器人的平均使用寿命增加到1015年。KUKA的卸码垛机器人采用“聚碳纤维”材料制造，重量轻、扭力大、韧性强，具有较高的机械性能和抗震动能力，机器人在减重的同时还同时具有更高强度，使其尤其适合高负载作业。同时KUKA的驱动系统采用机电一体化设计，所有轴都是由数字化交流伺服电机驱动，交流伺服驱动系统有过载、过流、缺相、超差等各种保护，性能安全可靠；先进的设计令机器人能够高速、精确、稳定的运行，并易于维护。机器人运动的轨迹十分精确、重复定位精度小于0.35mm，部分型号可达0.1mm；库卡机器人采用开放式的操作系统，用户可以根据需要开发相应的功能包、菜单、指令条等。2库卡机器人专用名词解释为了安全文明使用KUKA机器人，需要对其中会用到的概念、定义进行了解，常用概念见表1所示：表1 一般使用概念解释概念、定义名说明、释意轴范围轴的角度范围，机器只能在此范围内运动，每个需监控的轴都必须定义工作范围机器人允许工作的范围，有各单个轴范围得出制动路程机器人和可选附加轴从触发停机功能到停机之间的路程，此路程属于危险范围危险范围机器人工作范围及制动路程控制面板（KCP）手持式编程器KCP，用于操作机器人和编程所需的各种功能，也叫smart PAD机器人系统包括机器人控制系统、机器人和选项防护范围危险范围以外的控件STOP 0（近轨道制动）STOP 0时，驱动装置立即关断，制动机器人和附加轴STOP 1（轨道制动）STOP 1时，1秒后驱动装置关断，制动机器人和附加轴STOP 2（爬坡制动）STOP 2时，驱动装置不被关断，制动器不进行制动T 1手动慢速测试进行方式（250mm/s），程序可全速运行AUT内部自动运行方式，可进行程序自动循环EXT外部自动运行，可通过外部IO控制程序自动运行及停止附加轴能控制机器人运动但非机器人本身的轴，如线性滑轨或旋转倾卸台等User（编程等级）用户级：可使用现成的东西，如程序，配置等Expert（编程等级）专家级可进行高级编程，函数、中断、循环等Administrator(编程等级)可进行配置软件FLANGE（法兰）用于固定工具的圆盘，中心为TOOL原点确认开关机器人KCP背后的两个白色条状开关，或者圆形按钮，用于程序运行确认User用户编程级别，只能利用现成的东西Expert高级编程，可进行高级编程、函数、中断、循环等Administrator管理级别，可进行配置软件包等JOINT坐标系每个设备轴线在正负方向上可以单独移动WORLD坐标系固定的，直角坐标系统其原点位于设备的底座BASE坐标系直角坐标系统其原点位于所加工的工件上TOOL坐标系直角坐标系统，其原点位于工具上二、机器人构成库卡工业机器人由以下部分组成：机械手（） 机器人的运动部分，可在法兰盘上添加不同功能的气动或电动部件，以实现项目功能。机器人控制器（KRC4） 对机械臂以及示教器传输的数据进行运算处理，最终控制机械臂以及I/O动作。示教编程器（库卡smart PAD） 机械臂状态的显示，以及现场编程的实现。连接电缆软件其他配件主要为机器人系统配套的各类电气元件及固定元件。库卡机器人主要组成如图1-1所示：图1-1 库卡机器人构成注释：1. 机械手2. 示教器3. 示教器通信线4. 机器人控制器5. 数据交换电缆6. 电机驱动电缆 任务二 启停机器人一、机器人使用注意事项只允许在机器正常运行的状态下、按规定且有安全意识地使用本机器的系统。不正确的使用会导致人员伤害及设备受损。即使在机器人控制系统已关断且已进行安全防护的情况下，仍应考虑到机器人系统可能进行的运动。错误的安装（例如超载）或机械性损坏（例如制动闸故障）会致机器人或附加轴向下沉降。如在已关断的机器人系统上作业，则须先将机器人及附加轴行驶至一个无论在有负载或无负载情况下都不会自动运行的状态。如没有这种可能，则必须对机器人及附加轴作相应的安全防护。在安全防护装置功能不完善的情况下，机器人系统可能会导致人员伤害或财产损失。在安全防护装置被拆下或关闭的情况下，不允许运行机器人系统。运行期间，电机达到的温度可能导致皮肤烧伤，因此尽可能避免与之接触，必要时使用合适的防护装备。机器人系统出现故障时，必须执行以下工作：1） 关断机器人控制系统并做好保护，防止未经许可的重启；2） 通过相应提示的铭牌来表明故障；3） 对故障进行记录；4） 排除故障并进行功能检查。编程安全措施1） 编程时不允许任何人在机器人控制系统的危险区域内逗留；2） 若必须进入系统危险区域，则必须采取安全措施；3） 新程序必须在手动慢速运行方式下进行测试；4） 若不需要驱动装置，为防误启动，可将其关闭；5） 工具、机器人或附加轴不允许碰触隔栏或伸出；6） KCP禁止乱放，防止非编程人员误触；二、机器人的启动和停止机器人的启动和停止分为示教移动的启动停止，以及程序运行的启动和停止。在示教的过程中过的启动停止主要由确认按钮与移动键决定，而程序运行过程中的启动停止则由确认按钮与运行按钮（示教器上的绿色按钮）共同决定。下面依次介绍其详细操作步骤。1. 示教操作步骤：1） 选择工具作为所用的坐标系。（也可以选择其他的坐标系作为机械臂移动标准，这里以工具坐标系为例）图2-1 选择坐标系2） 选择工具编号。（需事先建立工具坐标和基坐标，坐标系的定义后文有详细讲解）图2-2 选择工具3） 设定手动倍率。图2-3 设定速度4） 按下确认开关灯中间位置并保持按住。图2-4 确认开关5） 用移动键移动机器人。图2-5 机器人移动键6） 或者：用3D鼠标将机器人朝所需方向移动。图2-6 3D鼠标2. 程序运行操作步骤：1） 用选择打开要运行的程序2） 在机器人设置选项中设置操作模式为EXPERT模式（如果需要）：执行操作步骤：配置 用户组 点击“专家” 输入密码“KUKA” 输入进入专家界面，其详细操作步骤任务四种会有详细说明。3） 在程序操作界面，将程序复位。图2-7 程序复位4） 设定手动倍率。图2-8 确认开关5） 按下确认开关灯中间位置并保持按住。图2-9 确认开关6） 按下运行按钮（示教器上的绿色按钮），程序开始逐行运行，程序中会有蓝色的光标指示，表示程序当前运行到该行。图2-10 当前程序行光标 任务三 认识示教编程器一、 机器人作业示教方法再现示教方法示教再现，也称为直接示教，就是我们通常所说的手把手示教，由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教。在这种示教中，为了示教方便以及获取信息的快捷而准确。操作者可以选择不用坐标系下示教。例如，可以选择关节坐标系、直角坐标系以及工具坐标系或者用户坐标系下进行示教。示教再现是机器人普遍采用的编程方式，典型的示教过程是依靠操作员观察机器人及其夹持工具相对于作业对象的为姿，通过对示教盒的操作，反复调整示教点处机器人的作业位姿、运动参数和工艺参数，然后将满足作业要求的这些数据记录下来，再转入下一点的示教。经过示教以后，机器人实际运行时将使用示教过程中保存的数据，经过插补运算，就可以再现在示教点上记录的机器人位置。该功能的用户接口是示教器键盘，操作者通过操作操作示教器，向机器人的控制器发送控制指令，控制器通过运算，完成对机器人的控制；其次，机器人的运动和状态信息通过控制器的运算传送到示教器上显示。离线编程方法基于CAD/CAM的机器人离线编程示教，是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，使用魔种机器人编程语言，通过对图形的操作和控制，离线计算和规划出机器人的作业轨迹，然后对编程结果进行三维图形仿真，以检验编程的正确性。最后确认无误后，生成机器人可执行代码下载到机器人控制器中，用以控制机器人作业。根据使用编程语言的层次不同，离线编程又可分为执行级编程和任务级编程。基于虚拟现实的方法随着计算机学及相关学科的发展，特别是机器人遥操作、虚拟现实、传感器信息处理等技术的进步为准确、安全、高效的机器人示教提供了新的思路，为用户提供一种崭新和谐的人机交互操作环境的虚拟现实技术的出现和应用尤其吸引了众多机器人与自动化领域的学者的注意。这里，虚拟现实作为高端的人机接口，允许用户通过声、像、力以及图形等多种交互设备实时地与虚拟环境交互。根据用户的指挥或动作提示，示教或监控机器人进行复制的作业。利用虚拟现实技术进行机器人示教时机器人学中新兴的研究方向。二、 库卡机器人示教编程器1库卡机器人示教器特点机器人的使用过程中为了方便控制机器人，并对机器人进行现场编程调试都会有自己的手持编程器，机器人手持式编程器常被称为示教器， KUKA机器人的手持编程器即是KUKA smart PAD，也被称为KCP，其操作界面如图3-1所示，其特点有：触摸屏（触摸式操作界面），用手或配备的触摸笔操作大尺寸竖型显示屏KUKA菜单键八个移动键操作工艺数据包的按键用于程序运行的按键（停止/向前/向后)显示键盘的按键更换运行方式的钥匙开关紧急停止按键3D鼠标可拔出通信接口USB 接口图3-1 库卡示教器外观2smart PAD概览 smart PAD的主要按键功能如下图所示：图3-2 KUKA手持编程器当我们接通机器人的控制柜的电源，机器人将启动，机器人的KCP也将自动启动，在KCP的操作界面，可以看到其彩色的显示屏顶端有一排状态显示编辑栏，其实际功能如图3-3所示，其他部分的显示界面会随不同的操作而不同，这里就不做概括性的讲解，我们将在后面的实际使用中详细介绍。图3-3 状态显示编辑栏其中需要特别注意的就是图3-4跟3-5中的“S”“I”“R”的状态显示，将直接关系或者显示程序能否正常运行，以及不能正常运行的直接原因，如果有错误或者有系统提醒，具体的内容会在状态栏下的消息显示栏中显示，需要用户留意。“S”显示的是程序整体的状态，包含被取消、停止和运行；“I”则显示的是装置的准备情况，通常需要控制的是“确认开关”来让装置准备就绪，程序才能正常运行。图3-4 状态显示编辑栏“R”主要用于显示程序内部的运行状态，其不同显示颜色的具体含义如图3-5所示：图3-5 状态显示编辑栏3窗口信息提示:图3-6 信息窗口和信息提示计数器1） 信息窗口：显示当前信息提示 2） 信息提示计数器：每种信息提示类型的信息提示数控制器与操作员的通信通过信息窗口实现。其中有五种信息提示类型信息提示类型概览:表2 提示信息概览图标类型确认信息：用于显示需操作员确认才能继续处理机器人程序的状态。(例如：“确认紧急停止”）确认信息始终引发机器人停止或抑制其起动。状态信息：状态信息报告控制器的当前状态。（例如：“紧急停止”）只要这种状态存在，状态信息便无法被确认。提示信息：提示信息提供有关正确搡作机器人的信息。(例如：“需要启动键”）提示信息可被确认。只要它们不使控制器停止，则无需确认。等待信息：等待信息说明控制器在等待哪一事件（状态、信号或时间）。等待信息可通过按“模拟”按键手动取消。对话信息：对话信息用于与操作员的直接通讯/问询。将出现一个含各种按键的信息窗口，用这些按键可绐出各种不同的回答。4提示信息处理：信息提示中始终包括日期和时间，以便为研究相关事件提供准确的时间。图3-7 确认信息观察和确认信息提示的操作步骤。1） 触摸信息窗口以展开信息提示列表。2） 确认：用“0K” 来对各条信息提示逐条进行确认或者：用“全部0K” 来对所有信息提示进行确认3） 再触摸一下最上边的一条信息提示或按屏幕左侧边缘上的“X”将关闭信息提示列表。 任务四 机器人的基础操作一、示教权限与模式选择1进入专家界面机器人的使用过程中很多操作需要使用熟练的操作人员才能进行，这里我们将它称为“专家模式”，进入专家模式时需要输入密码，其具体的操作步骤如下：菜单：配置 用户组 点击“专家” 输入密码“KUKA” 输入，进入专家界面图4-1 专家模式2选择并设置机器人的运行模式T1 (手动慢速运行）用于测试运行、编程和示教程序执行时的最大速度为250 mm/s手动运行时的最大速度为250 mm/sT2 (手动快速运行）用于测试运行程序执行时的速度等于编程设定的速度！手动运行：无法进行AUT (自动运行）用于不带上级控制系统的工业机器人程序执行时的速度等于编程设定的速度！手动运行：无法进行AUT EXT (外部自动运行）用于带上级控制系统（PLC )工业机器人程序执行时的速度等于编程设定的速度！手动运行：无法进行操作步骤：1） 在KCP上转动用于连接管理器的开关。连接管理器随即显示。图4-2 模式开关2） 选择运行方式图4-3 运行方式3） 将用于连接管理器的开关再次转回初始位置。所选的运行方式会显示在smartPAD的状态栏中。图4-4 T1模式二、新建程序常见编程操作是整个机器人控制最常用到的操作部分，因为对机器人的配置通常设定好就不会更改，而对程序的操作则可能时常会变更，所以此部分的操作需要用户数量掌握。1创建新程序选择目录R1Program后，把光标移到资源浏览器的右半边窗口，按下“新建”资源浏览器的左半边窗口会显示新建程序可以选择的模板，选择“Module”模板按回车，用字母输入程序的名字，按回车。此时系统生成两个文件，一个“.src”文件，用于存放程序；一个“.dat”文件，用于存放程序中的数据。2打开已有程序打开程序有“选择”或者“打开”，用“选择”打开的程序处于运行状态，光标是黄色箭头和I型编辑光标，此时的程序不能输入字符，可以修改命令语句的参数，也可以新建语句；而通过“打开”方式打开的程序处于编辑状态，光标是红色的I型光标，此时可对程序进行任何编辑，不能通过“向前运行”键运行程序。3保存程序通过“打开”打开的程序，按软键“关闭”，信息窗口询问是否保存修改，按“是”保存程序。通过“选择”打开的程序，按菜单：编辑 退出程序。在关闭程序的同时，系统也对程序进行编译，系统查找出来的语法错误会显示在状态窗口。状态窗口显示发生错误的行、错误原因，修改完错误，关闭程序后，系统重新更新错误信息。4插入程序行如果插入空白行，将编辑光标移到插入行的上一行开头，按回车。如果插入指令，将编辑光标移到插入行的上一行开头，开始指令编辑，指令编辑完成后自动被插入下一行。5删除程序行需要删除程序行时，将编辑光标移到要删除行的开头，按菜单：编辑删除，信息窗口询问是否删除，按软键“是”。如果删除多行，用Shift上下箭头键，被选择的行变成红色背景，按上面的菜单操作即可。6查找字符查找字符菜单：编辑查找，输入查找的字符，按回车开始查找，查找到的字符变为白色背景，按回车查找下一个符合的字符，按软键“退出”退出查找模式。7打开折叠许多系统文件（通常是机器人生成的运动点位信息）的内容为防止被误修改，都被折叠起来，刚打开文件时，这些内容是不能看见的，需要打开折叠。将光标移到折叠的部分，按菜单：编辑折合打开当前折合。光标所在的折叠部分被打开，文件关闭后这些折叠部分也被关闭。三、程序点位移动用“选择”打开程序，在右上角设定好程序手动速度倍率，在左边坐标分类中选择机械臂运动的坐标系方式。如果是T1和T2模式下运行程序。按住示教盒背面的确认开关“向前运行”，程序运行过程中这两个键都不能松开。如果是自动模式，需要设定好自动运行倍率，通常调试时用慢速自动，然后按确认和 “向前运行”键，到BCO点后可以松开，机器自动运行。注意：在运行程序前需要进行BCOrun操作，即按住确认开关“向前运行”，使机器人自动运行到黄色箭头所在行的位置。此后，机器人将按照程序速度执行程序。在自动模式运行前，需要完BCOrun操作，才能自动运行程序。在执行程序前，如果想要从程序中间某句开始运行，用“选择”打开程序，把I型编辑光标移到想要执行的行，按软键“句选择”，黄色箭头也会移到这一行，然后开始执行程序。注意：程序如果用“选择”打开，不用软键“退出”或重新选择其他程序，程序就没有退出，即使程序窗口没有显示程序内容，该程序也是被打开的，按启动键，该程序继续执行。四、坐标系的建立1坐标系手动调节KUKA机器人运动时，其坐标系可分为轴坐标系、全局坐标系、基坐标系和工具坐标系。轴坐标系：每个机器人单轴可自由转动；全局坐标系：原点在机器人的底脚里的坐标系；基坐标系：原点在需要加工过的工件上的用户定义的坐标系；工具坐标系：由用户设定将原点定在工具上的坐标系。而在坐标系中需要着重讲解的就是工具坐标系，要使用工具坐标系就需要用户自己按照需要使用的工具建立自己的工具坐标系，首先就需要对使用的工具进行测量。测量工具意味着生成一个以工具参照点为原点的坐标系（最多可以有16个工具坐标系），该参照点被称为TCP（Tool Center Point，即工具中心点），该坐标系即为工具坐标系。工具测量包括两个步骤：TCP的测量和确定工具坐标系的姿态/朝向。2TCP的测量XYZ4点法XYZ4点法的原理：将待测工具的TCP从4个不同方向移向任意选择的一个参照点，机器人系统将从不同的法兰位置值计算出TCP。图4-5 XYZ4点法测TCP其具体操作步骤：1） 选择菜单序列：投入运行测量工具XYZ4点；2） 为待测工具给定一个号码和名称，用“继续”键确认；3） 用TCP移至任意一个参照点，按下“测量”，对话框“是否应用当前位置？继续测量”用“是”加以确认；4） 用TCP从其他方向移向参考点，重复3步骤3次；5） 负载数据输入窗口自动打开，正确输入负载数据，然后按下“继续”；6） 包含测得的TCP X、Y、Z值得窗口自动打开，测量精度在误差项中读取，数据可通过“保存”直接保存。XYZ参照法。采用XYZ参照法时，将对一件新工具与一件已测量过的工具进行比较测量。机器人比较法兰位置，并对新工具TCP进行计算。图4-6 XYZ参照法测TCP其具体操作步骤：1） 前提条件是连接法兰装有一个已经测量过的工具，TCP数据已知；2） 主菜单中选择：投入运行测量工具XYZ参照；3） 为新工具指定编号和名称，用“继续”确认；4） 输入已测量工具的TCP数据，用“继续”确认；5） 用TCP移动至任意一个参照点，点击“测量”，用“继续”确认；6） 将工具撤回，然后拆下，装上新工具；7） 将新工具TCP点移至参照点，点击“测量”，用“继续”确认；8） 按下“保存”，数据被保存，窗口自动关闭；或按下“负载数据”，数据被保存，一个窗口将自动打开，可以在此窗口中输入负载数据。3确定工具坐标系姿态/朝向ABC世界坐标法工具坐标系的轴平行于世界坐标系的轴进行校准。机器人控制系统从而得知工具坐标系的姿态。图4-7 ABC世界坐标法其具体操作步骤：1） 在主菜单中选择：投入运行测量工具ABC世界坐标；2） 输入工具编号，用“继续”键确认；3） 在5D/6D栏中选择一种变型，用“继续”键确认；4） 如果选择了5D：将+X工具坐标调至平行于-Z世界坐标的方向（+XTool=作业方向）；5） 如果选择了6D：将+X工具坐标调至平行于-Z世界坐标的方向（+XTool=作业方向）；将+Y工具坐标调至平行于+Y世界坐标的方向（+XTool=作业方向）；将+Z工具坐标调至平行于+X世界坐标的方向（+XTool=作业方向）；6） 用“测量”来确认，对信息提示“要采用当前位置吗？测量将继续”，用“是”来确认；7） 即打开另一个窗口，在此输入负荷数据；8） 然后用“继续”和“保存”结束次过程；9） 关闭菜单。ABC 2点法通过趋近X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制系统即可得知工具坐标系的各轴。当轴方向必须特别精确地确定时，将使用此方法。图4-8 ABC 2点法其具体操作步骤：1） 前提条件是TCP已通过XYZ法测定；2） 在菜单中选择：投入运行测量工具ABC2点；3） 输入已安装工具的编号，用“继续”键确认；4） 用TCP移至任意一个参照点，点击“测量”，用“继续”键确认；5） 移动工具，使参照点在X轴上与一个为负X值得点重合（即与作业方向相反），点击“测量”，用“继续”键确认；6） 移动工具，使参照点在XY平面上与一个在正Y向上的点重合，点击“测量”，用“继续”键确认；7） 按“保存”，数据被保存，窗口关闭；或按下“负载数据”，数据被保存，一个窗口将自动打开，可以再次窗口中输入负载数据。4基坐标系基坐标系测量表示根据世界坐标系在机器人周围的某一个位置上创建坐标系。其目的是使机器人的运动以及编程设定的位置均以该坐标系为参照。因此，设定的工件支座和抽屉的边缘、货盘或机器的外缘均可作为基准坐标系中合理的参照点。基坐标系测量分为两个步骤:1） 确定坐标原点2） 定义坐标方向测定了基坐标后有以下优点沿着工件边维移动：可以沿着工作面或工件的边缘手动移动TCP。参照坐标系：示教的点以所选的坐标系为参照物。坐标系的修正/推移：可以参照基坐标对点进行示教。如果必须推移基坐标，例如由于工作面被移动，这些点也随之移动，不必重新进行示教。多个基坐标系的益处：最多可以建立32个不同的坐标系，并根据程序员加以应用。5建立基坐标系基坐标测量方法 以下的基坐标测量方法可供使用：表3 基坐标测量方法方法说明3点法1. 定义原点2. 定义X轴正方向3. 定义Y轴正方向（XY平面）间接法当无法移至基坐标原点时，例如，由于该点位于工件内部，或位于机器人工作空间之外时，须采用间接法。此时须移至基坐标的4个点，其坐标值必须己知（CAD数据机器人控制系统根据这些点计算基坐标。数字输入直接输入至世界坐标系的距离值（X,Y,Z)和转角（A , B , C)。3点法操作步骤1） 在主菜单中选择投入运行 测量 基坐标系 3点。2） 为基座标分配一个号码和一个名称。用继续键确认。3） 输入需用其TCP测量基坐标的工具的编号。用继续键确认。4） 用TCP移到新基坐标系的原点。点击测量软键并用是键确认位置。图4-9 第一个点：原点5） 将TCP移至新基座正向X轴上的一个点。点击测量并用是键确认位置。图4-10 第二个点：X向6） 将TCP移至XY平面上一个带有正Y值的点。点击测量并用是键确认位置。图4-11 第三个点：XY平面7） 按下保存键。8） 关闭菜单。五、逻辑编程1常用编程操作1） 程序格式要对KUKA机器人进行控制，就必须预先输入控制机器人运行的程序，从程序结构来看，机器人的编程都比较直观，在库卡机器人的运行程序中，主要分为程序名、初始化、运动、逻辑控制、外部输入输出等几个部分，其简易程序结构如图4-12所示。图4-12 KUKA常见程序结构及说明可以看出整个程序中最终重要的是对机器人的运动控制机逻辑控制，而对程序的名称声明部分，初始化部分，程序起始位置就不做过多的讲解，相信大家都可以很快理解。接下来将对其中重要的部分进行详细讲解。2） 切换函数KUKA机器人控制系统最多可以管理4096个数字输入端和4096个数字输出端，其具体的端口号根据用户的要求进行专门配置。简单的切换函数可以用来简单开/关一个输出端，或检测一个输入端的信号。如图4-13所示实例，端口30的输出信号将在机器人运动到P20的时候置高电平，这里的输出控制常用功能是添加夹具等的输出控制，从而丰富机器人的功能。图4-13 KUKA输出而输入的信号与之类似，常用作机器人动作功能的确认，用以指导机器人进行下一步的动作。常见的使用是将输入信号用在等待指令里。2子程序程序的运行过程中，为了使程序运行更有逻辑性，也使程序运行更快，可以使用子程序，也可以调用其他程序。子程序分为局部子程序和全局子程序，局部子程序位于主程序之后，以DEF Name_Unterprogram（）和END标明，其格式如图4-14所示：图4-14 调用局部子程序全局子程序则可以是系统中存放的其他程序，它有自己单独的SRC和DAT文件。全局子程序允许多次调用，每次调用后跳回主程序中调出子程序后面的第一个指令。而全局子程序的调用不像局部子程序需要在名称前加“DEF”,直接在主程序中输入该子程序的名称即可调用全局子程序，其编程实例如图4-15所示：图4-15 调用局部子程序图4-15中的“GLOBAL3（）”则为需要调用的全局子程序，运行GLOBAL2程序后将自动在运行到“GLOBAL3（）”时调用该全局子程序，并在程序运行完后，回到GLOBAL2程序中调用GLOBAL3的下一行继续运行。注：KUKA机器人中一本主程序最多可以嵌入20个子程序，3程序指令1） 运动指令而对机器人来说，最重要的就是运动控制指令，KUKA机器人有三种运动指令：点到点运动、直线运动、圆弧运动。图4-16 KUKA运动指令PTP点到点运动：从一点到另一点，将按照机器人最舒服的姿态运动，所以法兰盘的姿态将不可预知；LIN直线运动：法兰盘将按照坐标系保持姿态平行移动到另一点，速度相对慢一些；CIRC圆弧运动：介于点到点运动跟直线运动之间，机械臂将划圆弧运动到另一点。KUKA机器人的运动指令如表4所示，表格内为指令中详细的功能说明。表4 KUKA运动指令及说明序号说明数值范围1运动方式PTP，LIN，CIRC2目标点名称系统自动赋予一个名称，名称可以被盖写。将光标置于栏中来编辑点数据，相关选项窗口打开。3CONT：目标点被划过（目标点常为附加安全过度点）【leer】：准确到达目标点CONT，【leer】4速度1%100%5运动数据组的名称系统自动赋予一个名称，名称可被改写。将光标置于栏中来编辑完成数据，相关选项窗口打开。更改运动指令更改现有运动指令的原因有多种：表5 更改运动指令原因典型原因待执行的更改待抓取工件的位置发生变化。加工时五个孔中的一个孔位置发生变化。焊条必须截短。位置数据的更改货盘位置发生变化。更改帧数据：基坐标系和/或工具坐标系意外使用了错误基坐标系对某个位置进行了示教。更改帧数据：带位置更新的基坐标系和/或工具坐标系加工速度太慢：节拍时间必须改善。更改运动数据：速度、加速度更改运动方式2） 等待指令等待指令有：等待时间，等待信号WAIT等待指令，控制器根据输入的事件在程序中的该位置上等待；图4-17 KUKA等待指令如上所示的程序行，等待时间1秒后，执行下一条程序。WAIT FOR控制系统在此等待信号，可以等待的信号包括输入信号IN，输出信号OUT，定时信号TIMER，控制系统内部的存储地址FLAG或者CYCFLAG，其指令编程格式如图3-4所示：图4-18 KUKA等待控制指令“WAIT FOR”指令将具体的功能与等待信号联系起来，需要时刻将多个信号按逻辑连接，如果添加了一个逻辑连接，则联机表格中会出现用于附加信号和其他逻辑连接的栏，其具体的指令含义及用法如表6中所示：表6 WAIT FOR程序说明序号说明1添加外部链接。运算符位于加括号表达式之间AND、OR、EXOR 添加NOT、【空白】 用相应的按键添加需要的运算符2添加内部连接。运算符位于一个加括号的表达式内AND、OR、EXOR 添加NOT、【空白】 用相应的按键添加需要的运算符3等待的信号IN、OUT、CYCFLAG、TIMER、FLAG4信号的编号：140965如果信号已有名称，则会显示出来。仅限专家用户使用：通过点击长文本可输入名称。名称可自由选择。6CONT：在预进过程中加工【空白】：带预进停止的加工 任务五 巧克力球的分类摆放实现巧克力球的分类摆放，主要需要实现的机器人功能是其定点搬运，而与上位机的视觉系统相结合就可以实现对巧克力球的识别，并按照自定的摆放规则控制机械臂取放巧克力球，从而实现趣味搬运的机械臂现场实例。其中KUKA机器人主要是按上位机传输的偏移值运动控制输出，整个实例的运算部分主要是在上位机。一、外部电气实现1电气元件本工作站设定为糖果的分拣，并实现一定规则的摆放，需要用到的电气元件及其详细用途如表7所示：表7 电气元件一览编号元件数量用途1气缸12步进电机1彩色小球原料的输送3继电器1控制小球输送装置的通断4真空发生器1产生真空，吸取小球5西门子PLC1机器人的外部控制2电气接线图电气接线部分主要是库卡机器人的输出端口的确认，将正确的输出宽口接到步进电机与真空阀的控制信号上，因这里用到的是KUKA输出的高电平有效，所以将KUKA的输出端接到其控制信号的“+”，其具体的接线图如图5-1所示图5-1 电气接线图1二 、配置机器人配置I/OI/O配置需要进入专家界面菜单：配置输入/输出驱动编辑输入/输出配置，进入iosys.ini文件，如果配置profibus，将PBMASL前的分号去掉，向下找到PBMASL，将配置写在下面，关闭保存文件。如果是devicenet，在DEVNET中配置。菜单：配置输入/输出驱动输入/输出驱动复位，相应状态窗口出现，选择Profibus按回车，状态窗口出现pfbms.ini文件名，光标移动到这个文件名上，按回车打开这个文件，在这个文件中可以设置profibus的一些选项。如果是devicenet，可以在这里配置栈号、波特率。以上两个文件设置好后，按菜单：配置输入/输出驱动重新配置输入/输出驱动。外部输入/输出配置，菜单：配置输入/输出外部自动。打开的是外部输入信号，按软键“输出端”，打开输出信号，按软键“Tab+”“Tab-”浏览下一页输出信号。要修改信号，将光标移到该信号，按软键“值”，输入新的信号号码，按软键“OK”。附加：强制I/O菜单：显示输入/输出数字输入，相应状态窗口出现，光标移到要强制的信号上，按住示教盒背面的使能开关，当软键“值”由灰色变成黑色时，按此键，信号前的圆点由灰色变成红色表示强制成功。按软键“输出端”可以进入输出信号界面。三、机器人编程初始化与变量定义DEF fjby()DECL E6POS P2DECL INT x, y, k, lDECL REAL x1, y1, k1$OUT1 = FALSE$OUT2 = FALSE$OUT3 = FALSE$OUT4 = FALSEINI 回HOME点PTP HOME Vel = 100% DEFAULTWAIT SEC 0.5开始循环LOOP去搬运初始点，并请求搬运的详细数据PTP P1 Vel = 100% PDAT5 Tool1:a123 Base2:a456WAIT SEC 0.5与上位机通信获得偏移的详细值Communication ( x, y, k, l )去到取料点的正上方，作为移动的安全点PTP P5 Vel = 100% PDAT8 Tool1:a123 Base0到取料点PTP P4 Vel = 100% PDAT7 Tool1:a123 Base0气缸打开，吸气，吸嘴吸取小球$OUT3 = TRUEWAIT SEC 0.5将小球向上提起到安全点PTP XP5PTP P3 Vel = 100% PDAT2 Tool1:a123 Base2:a456注：此处的P3点位放料点料盘的原点，这里只保存这个点的坐标，并不让机器人去这一点。计算放料点偏移坐标x1 = x*20y1 = y*20P2 = XP3P2.x = P2.x + x1P2.y = P2.y + y1到放料点，这里处于安全的考虑，位置为放料点的正上方LIN P2下降到放料位置LIN_REL Z 45 放料，气缸关闭，小球自动落下$OUT3 = FALSEWAIT SEC 1PTP HOME Vel = 100% DEFAULTENDLOOPEND四、与PC通信整个流程就是机器人请求数据，经过PLC向PC发送请求，PC经过一定的处理运算将坐标偏移数据写入PLC，再经PLC的数字输出端传给机器人，机器人再将自身4个输入检测到的高低电平转换为四位二进制代码，在转换回相应的坐标偏移数据，从而控制机器人进行精确点位移动。1. 系统Modbus通信Modbus协议是工作在OSI第七层上应用报文传输的通信协议，因为它的开放性，绝大多数的设备可以识别Modbus协议中的字符串，这使得 Modbus协议应用十分广泛，通过此协议，控制器与其他设备经由网络即可通信。从通信方式来讲Modbus有三个种：Modbus以太网通信，主要传输介质为以太网；异步串行通信，这里从传输模式上又分为ASC模式和RTU模式，它们的主要区别在于传输过程中字符串的格式，ASC模式时是将字符串转换为八位的十六进制ASC码，即两两一组，优点是较易解码，而RTU模式则是直接转换为四位十六进制字符串传输，优点是传输速度更快；高速令牌传递网络，即是Modbus串行通信的加强版。2. Modbus通信接线 通信部分的电气接线图主要是PLC的控制相关的部分，KUKA机器人其他部分电气接线图在图5-1中已经给出，通信部分电气图如图5-2所示：图5-2 电气接线图2从上图可以看出，PLC通过通信端口“PORT0”与上位机PC的串口“COM0”相连，实现与上位机的Modbus通信；PLC的输出接KUKA机器人的输入端，PLC的输入接KUKA的输出端。3. 系统运行流程：1. 机器人输出高电平信号到PLC的输入端I0.0，请求数据；2. PLC接收到请求后将Q0.5置高电平，同时PC一直在检测Q0.5是否置高电平；3. PC检测到Q0.5高电平信号，将坐标点的偏移数据（X，Y，R）通过Modbus分别赋值给PLC的VW0，VW2，VW4，VW6（VW6中存放前三个数据的正负极性）中；4. PLC判断数据传输无误后，将Q0.5、Q0.6置低，否则将Q0.6将一直置高；然后Q0.0置高电平，以此向KUKA发送准备接受数据的信号；5. 接着KUKA会输出脉冲信号到PLC的I0.1，第一个数据则被传送到VD100中完成二进制转换，通过Q0.1Q0.4的高低电平表示二进制的I/O从而实现数据传输，脉冲上升沿开始传送第一个数据第一位，脉冲下降沿传输完成，依次完成4个数据的传输（每个数据需分6次传完，设计每个数为5位，不够的前面为“0”，加一位校验位）；6. 然后Q0.0置低电平，完成传输，KUKA收到低电平信号，也将到PLC的I0.0输出信号置低，完成数据传输。图5-3 通信流程图五、机器人操作在接好线路并安装好法兰盘上的真空吸嘴以及其他的外部设备以后，打开KUKA机器人，接下来就开始对库卡机器人进行操作。1. 按照5.2.1中的步骤进入I/O配置的界面，如图5-4所示，这里主要目的是对输出IO的功能进行检查，点选一个输出口，按下KCP背面的确认按钮，点击屏幕右侧的“值”，此时输出高电平，如果接线正确，相应的接口会有相应的电位变化，这里控制的是真空阀的吸气（所以需将气源打开），以及步进电机的通断。图5-4 输出控制界面2. 新建一个程序，为程序命名，其具体不走参见4.2.1中的过程。然后点击“选择”进入程序，开始程序的编辑。3. 保存点坐标：程序中会包含点位坐标的，所以编程的过车中需要实时保存相应点位的数据。具体的做法是：1） 按下KCP背后的灰色“确认”按钮，用KCP面板的移动按钮将机器人法兰盘上的吸嘴移动到初始点P1点；2） 将编程的光标移动到相应的程序行，点“指令”，按4.5.3中内容选择合适的移动方式；3） 然后点“确定参数”，坐标点的位置以及移动方式将被保存；4） 接下来重复1、2、3步两次，将机器人需要移动的点（包括放小球原点P3，取料点P4）全部保存。4. 接下来在相应的点位后面添加需要的逻辑指令，如当机器人法兰盘上的吸嘴到达“取小球点”后，需控制输出将真空阀打开，使吸嘴将小球吸起。5. 编辑完程序以后，需对整个程序手动低速运行一次，以确定程序无误：1） 点击“编辑”“程序复位”，将程序复位到开始行；2） 调节手动运行速度，因为不确定机器人点位及运行是否正确，所以这里的运行在手动“T1”模式，且低速状态运行，注意显示屏中显示的速度；3） 按下KCP背后的灰色“确认”按钮，听到“咔”的一声后，按下绿色的“向前运行”按钮，机器人开始慢速按程序指令运行；4） 将整个程序跑完一次，如果有错误，修改后重新复位后从头开始在慢速调试。6. 确定程序无误以后，可以开始用内部自动，让系统正常运行：1） 将钥匙开关打到如图所示锁定模式，选择KCP中的“