工业机器人教程

1、南京熊猫电子装备限公司熊猫机器人主讲: 刘东2015.04.28本培训内容解释权归南京熊猫电子装备所有一、机器人的历史背景和基本的原理知识简介中国古代的机器人雏形诸葛亮运送粮草的工具木牛流马内部使用了齿轮咬合原理和以及曲柄连杆机构。达到了助力的效果。国际工业化背景 近几十年随着工业化的快速发展，越来越多的产业开始使用机器人替代人工。 自动化工业机器人使用量的增长 主要依附于价格的不断降低，人工成本不断升高，以及工业越来越多的作业发展方向趋向于自动化。 相对于人工而言，机器人的优势在于： 工厂自动化程度高，效率高，操作更准确，更富有柔性。 （编辑不同程序控制机器人执行不同动作）。 更倾向于危险性

2、大或者人类不可能完成的工作。工业机器人- -机械手特点 工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，可以接受人类的指令，按照设定好的程序和轨迹运行。具有可编程，拟人化，通用性等特点，适用性非常强。中国的工厂从劳动密集型工厂正在慢慢向着新型自动化工厂转型，在中国，未来的5至10年将成为机器人在中国市场的爆发期，加快推进了中国的设备标准化趋势。中国整体行业的工业化趋势越来越大，中国地大物博，使中国在未来的几年内必定成为国际上拥有最大的机器人市场的国家。 机器人的领域 由于机器人涉及到多方面的复杂知识，目前 没有人可以掌握完整的机器人知识，这就将机器人分成了几个领域。 我们主要介绍控制理论方面的知识

3、做一些简介。 机器人机械操作力学控制理论计算机科学移动计算机视觉人工智能简单机械轴实例分析 图示是二战期间一个对空的火力点，使用简单的2轴运动装置，通过改变方位角和仰角来调整合适的打击角度。在仰角90附近位置需要非常快的速度改变方位角，当处于正上方，需要无穷大的速度。这个称之为局部退化 ，轴处于奇异点位置，等同于失去了一个自由度。任何机械装置都有这个现象。 自由度机器人/机器手的组成的简单介绍如图：机器人动作是由6个电机通过精确的控制运算和数学计算得出的组合运动。自由度u自由度定义：具有独立位置变量。等同于关节数目。6轴机器人就是指具有6个关节或者说6个自由度的机器人提问？为什么目前主流的机械

4、臂都是6轴或者6轴以下？向量机械臂控制u在机器人中，描述机器人前端工具最直接的方式就是指定它的位置和姿态（位姿）。u在数学中则是使用向量描述（x,y,z,x,y,z） 位置和方向。（以坐标系为基础）u每一个都是独立变量。所以需要6个电机来实现。u市场上的三轴，四轴，五轴机器人相对更加简单。运动学如何求这个向量，就是机器人的求解过程，非常复杂。但都是从运动学开始。u正运动学： 给定6个轴的角度， 计算出末端点的位姿 都是唯一解xz运动学u逆运动学： 给出指定的末端点的位姿， 计算出6个轴的角度。 解不唯一x运动学逆运动学一般很难得到封闭的解，有时甚至无解， 多解。自由度越多，解越多。运动学u设计

5、机器人时曾经陷入迷径寻找突破u手臂的构成和机器人非常类似确定研究方向u附加多种限定条件u达到唯一解（默认最短行程）动力学 运动： 让机器人从静止到加速到最高速恒速到减速到静止的过程都是由电机来实现。 力： 从机械角度来说，不同位置的关节 电机的功率、最大速度、 减速比、连杆长度、 负载、关节摩擦 等所有因素之间的关系都必须在运动之前全部计算出来。轨迹生成u 机器人按照编辑的程序命令，保持非常快速的计算，生成一条既定的轨迹。u难点： 各个轴同时开始运动，同时停止 各个轴在每一个姿势时的速度，加速度 如何保证末端点的轨迹精度 可编程u直接描述机器人 轨迹的是机器人的工具中心点（TCP）uTCP：机

6、器人最前端会携带：焊枪，抓手，喷嘴，打磨机，激光等工具，将 这些工具加载到机器人坐标系中，成为工具中心点。u描述机器人的轨迹都是通过编程实现。编辑可视化的逻辑语言，通过系统自动转化为能被系统识别的代码。u机器人的柔性：多样化多样化的可重复可重复编程方式让机器人实现不同的运动轨迹。编程界面离线编程和仿真仿真： 使用特定的软件建立机器人工作站以及工件的三维模型，并通过软件模拟出机器人所有的动作和轨迹，来确定空间上的可执行度以及对工件实行离线编程。离线编程：不需要在机器人跟前示教所有的点，通过参考仿真软件的模拟效果，直接将机器人的语言在电脑端编辑完毕，并可虚拟运行以查看和调整实际的机器人动作效果。最

7、后使用软件生成可被机器人识别和执行的文件，通过线缆或者存储设备发送到机器人控制柜内。注：因为仿真软件和实际的工作站的误差，所以离线编程一般都达不到完全契合。需要后期重新示教调节。现有机器人的操作方式u逆运动学较为复杂，对硬件软件要求很高，所以目前主流都是使用更为简单的方式来操作机器人： u示教再现 示教：将机器人移动到指定的位置，使用记录功能，将机器人此时的6个轴的角度、世界坐标系下的位置信息都记录下来。再现：将机器人从任意一个地方，返回到示教的位置，每一个关节都运动到保存的角度，称之为再现。 注： 默认为最短行程。最短行程u当某一个轴的角度限制范围较大时， 比如540。 那么在一定的范围内，

8、 某些位姿就可能有2个解。 取最短行程解。重复定位精度u重复定位精度 重复精度 （示教点然后再现）和定位精度（指定一个未示教过的点，使用传感器让机器人移动到这个位置点的精度）。u机器人重复精度很好。0.05mm 0.1mm。等等都有。u但是定位精度一般都很差。 需要使用标定的方法来提高定位精度（例如视觉中使用标定）。二、机器人安全知识安全知识u安全是工作中必须要时刻注意的，任何工作都是安全第一。u了解一些机器人的安全常识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识三、机器人操作篇机器人供电系统u日本国家的工业用电标准是三相200V，中国是三相

9、380V。u所以机器人在中国工厂使用时必须使用一个380转200V 的变压器。u目前有2种方式配置，一种是额外配置一台变压器，一种是在控制柜內、置一台变压器。u三相电 连接时， U V W 不分次序。 u连接好地线。u在开启控制柜电源之前，使用万用表检查线路。机器人本体uPANDA焊接机器人规格型号 机器人规格型号示例如下: 设备型号批号序列号机器人编码机器人本体u机器人是6自由度可编程机械手u通过伺服电机相互配合精确定位u通过安装末端工具，执行需要的功能机器人控制柜u相当于电脑的主机。所有的指令和运算都在控制柜内完成。所有的指令和运算都在控制柜内完成。u控制柜连接了示教器，机器人，变压器，

10、外部轴，外部设备（焊机）等。机器人示教器示教器是一种人机交互系统，通过按键或者可触摸显示器输入指令或者功能命令，传达给控制柜，经过快速准确的处理之后，反馈给机器人本体，让机器人本体执行相对应的动作或者实现相对应的功能。机器人示教器按键正面机器人示教器背面Dead man 按 钮机器人示教器- -显示界面机器人示教器操作键位操作姿态操作机器人示教器操作方式u切换至teach模式u选择坐标系u选择动作速度u开启伺服u按压轴操作键TeachRemote保持dead man按钮按压到第二档状态， 按压伺服准备按钮机器人示教器坐标系u世界坐标系/直角坐标系机器人示教器坐标系u工具坐标系新建程序u点击 【

11、程序】-【新建】新建程序u弹出右侧图所示界面u输入程序名称u-点击 ENTER u可以输入备注 u输入完成后，点击OK 按键， 跳转到通用界 面新建程序u通用界面u光标默认在第一行编程语言uJMOVE 指定点到点之间的运动，不指定轨迹uLMOVE 指定点到点之间的运动，指定轨迹为直线uSMOVE 指定点到点之间的运动，指定轨迹为多段圆弧构成的自 由曲线。uCMOVE 指定点到点之间的运动，指定轨迹为圆弧，每三个点构 成一个圆。编程语言JMOVEuV=30 指最大移动速度为 最大限定值的30%ua / d =0.5 指加减速的时间uP = 4 指拐角时的精度u 内的数为位置信息 编程语言uP :

12、 精度不同的轨迹需求对应可设定的拐角精度和轨迹编程语言选择【坐标系】操作机器人到指定点选择【插补方式 】点击 【插入】按钮如图显示插入画面 在修改界面输入参数点击 【OK 】按钮编程命令插入文件保存u移动机器人的程序编制完成后，按下【程序】=【保存】，文件保存示教点更正u点击【记录】按键u点击【ok】 将当前 位置信息更新到语 句中机器人当前位置点信息监测u点击【机器人】u点击【当前位置信息】程序运行u切换到【remote】模式u确认机器人安全范围内无任何安全隐患u点击【start】按钮，自动开启伺服电源u程序被执行u程序执行完成后，自动关闭伺服电源u运行期间，手保持在示教器的急停按钮上示教模

13、式示教模式下可以：u手动操作机器人u编程u修改语句u保存文件u修改参数u系统维护示教模式u以下介绍在示教模式下，示教器相关功能界面的介绍和举例。u以图片形式展示机器人多样化的操作功能示教模式- -文件示教模式编辑示教模式程序功能示教模式焊接示教模式焊接参数设置示教模式系统信息版本查看示教模式系统信息权限变更示教模式文档管理示教模式设置示教u示教器界面各种各样的功能菜单，可以实现快捷、有效、方便的编程。u以下介绍实际编程的详细过程。实际编程步骤uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 先将机器人的焊枪的枪尖按

14、照一定的角度和与工件之间的距离运行到直线焊缝的起始焊接点位置，按压数字快捷键【7】。快速插入arc set 语句。然后选择插补方式中的L，点击【插入】 按键，则插入一行LMOVE语句。实际编程步骤uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 再按压快捷数字功能键【4】，插入arc on语句。 再将焊枪运行至焊缝末尾点，按下【插入】，则记录了焊接结束点位置。 最后按压数字功能键【1】，插入 arc off 语句，至此，程序完成。程序示例 def PROC （） WPSETM WELD2=1 焊接材料 丝径 焊接方

15、式 ARC-OFF 焊接结束，并处理 gas/wire WPSETM WELD3=1 焊接参数变量 JMOVE V=20，. 回抽焊枪至安全位置 JMOVE V=20，. 机器人的起始点 JMOVE V=20，. 回到机器人的起始点 JMOVE V=20，. 机器人行走中间点 END 焊接结束 JMOVE V=20，. 焊枪的焊接准备点 ARC-SET =1，A=90，V=29.81 焊接的电流电压等参数 LMOVE V=15.000，. 焊接开始点（weld） ARC-ON 焊接开始，并开始处理gas wire LMOVE V=0.500，. 焊枪沿着焊缝行走到的焊接中间点(empty) LMOVE V=0.500，. 焊枪沿着焊缝行走到的焊接终点(empty) 动作模拟图图2-322-32： 焊接动作的模式图焊接动作的模式图P1P2P3P4P5P6焊接开始点焊接完成点退避点焊接中继点焊接开始准备点焊接完成退避点RemoteRemote模式u 机器人使用流程u开启机器人、焊机、保护气、送丝、接地到位；u将工件固定在工作台或夹具上；u将示教盒打到Teach模式，新建程序（保存后使用）或选择已编辑好程序；u按下使能键