《工业机器人操作与编程（ABB）》课件 项目1、2 工业机器人基础操作、工业机器人 RAPID 编程指令及程序编写

项目一工业机器人基础操作任务1工业机器人本体与控制器硬件接口组件的连接01任务2认识工业机器人示教器02任务3工业机器人的手动操纵03任务4工业机器人转数计数器的更新操作04任务5工业机器人工具坐标系的标定052任务6工业机器人工件坐标系的标定06任务1

工业机器人本体与控制器硬件接口组件的连接31.能叙述工业机器人控制系统的基本结构和构成方案。2.能叙述工业机器人控制器的组成和特点。3.能叙述工业机器人控制器的基本功能和分类。4.能叙述工业机器人控制器的工作过程。5.能正确认识工业机器人控制器。6.能正确连接工业机器人本体与控制器硬件接口组件。学习目标4工业机器人控制器是根据工业机器人作业指令程序以及传感器反馈回来的信号，支配操作机完成规定运动和功能的装置。它是工业机器人的核心部分，类似于人的大脑，通过各种控制电路中硬件和软件的结合来控制工业机器人，并协调工业机器人与周边设备的关系。本任务要求通过学习，了解工业机器人控制系统的基本结构和构成方案，熟悉工业机器人控制器的组成和特点，了解工业机器人控制器的基本功能和分类，掌握工业机器人控制器具体的工作过程，并能按照安全操作规程，完成工业机器人本体与控制器硬件接口组件的连接。工作任务5一、工业机器人控制系统1. 工业机器人控制系统的基本结构一个典型的工业机器人控制系统主要由上位计算机、运动控制器、驱动器、电动机、执行机构和反馈装置构成，如图所示。6相关知识工业机器人控制系统的基本结构2. 工业机器人控制系统的构成方案工业机器人控制系统的构成方案一般有3种：基于PLC的运动控制、基于PC和运动控制卡的运动控制和纯PC控制。（1）基于PLC的运动控制PLC进行运动控制有两种方式，具体如下。71）使用PLC的特定输出端口输出脉冲驱动电动机，同时使用高速脉冲输入端口实现电动机的闭环位置控制，如图所示。2）使用PLC外部扩展的位置模块进行电动机的闭环位置控制。8使用PLC的特定输出端口和高速脉冲输入端口实现电动机的闭环位置控制（2）基于PC和运动控制卡的运动控制基于PC和运动控制卡的运动控制如图所示。

运动控制器以运动控制卡为主，工控PC只提供插补运算和运动指令。运动控制卡完成速度控制和位置

控制。9基于PC和运动控制卡的运动控制（3）纯PC控制如图所示为纯PC控制的全软件形式工业机器人系统。在高性能工业PC和嵌入式PC（配备专为工业应用而开发的主板）的硬件平台上，可通过软件程序实现PLC和运动控制等功能，实现工业机器人需要的逻辑控制和运动控制。10纯PC控制的全软件形式工业机器人系统通过高速的工业总线进行PC与驱动器的实时通信，能显著地提高工业机器人的生产效率和灵活性，但同时也大大提高了开发难度，延长了开发周期。由于其结构的先进性，现在大部分工业机器人都采用这种控制方式。随着芯片集成技术和计算机总线技术的发展，专用运动控制芯片和运动控制卡越来越多地作为工业机器人的运动控制器。11运动控制器都从主机接受控制命令，从位置传感器接受位置信息，向伺服电动机功率驱动电路输出运动命令。对于伺服电动机闭环位置控制系统来说，运动控制器的作用和位置环类似，因此，该运动控制器可称为数字伺服运动控制器，适用于包括工业机器人和数控机床在内的一切交、直流和步进电动机伺服控制系统。专用运动控制器的使用使原来由主机完成的大部分计算工作改由运动控制器内的芯片来完成，使控制系统的硬件设计更简单，与主机之间的数据通信量减少，解决了通信中的瓶颈问题，提高了系统效率。12二、工业机器人控制器的组成和特点六轴工业机器人控制系统的组成如图所示。13六轴工业机器人控制系统的组成其中核心部件是控制器，它将下图中的上位计算机、运动控制器和驱动器等集成在同一箱体内。14工业机器人控制系统的基本结构1. 工业机器人控制器的组成按功能的不同，控制器主要分为6个部分：主控制模块、运动控制模块、驱动模块、通信模块、电源模块和辅助单元。以ABB公司 IRC5标准型控制器为例，如图所示，说明其组成部分及功能。15ABB公司 IRC5标准型控制器

（1）主控制模块主控制模块包括微处理器及其外围电路、存储器、控制电路、I/O接口、以太网接口等，如图所示。16主控制模块（2）运动控制模块运动控制模块又称轴控制模块，如图所示，主要负责主控制模块和伺服反馈的数据处理，将处理后的数据传送给驱动模块，控制工业机器人关节动作。运动控制模块是驱动模块的“大脑”。17运动控制模块（3）驱动模块驱动模块主要指伺服驱动板，如图所示，它控制6个关节伺服电动机，接收来自运动控制模块的控制指令，以驱动伺服电动机，实现工业机器人各关节的动作。18驱动模块（4）通信模块通信模块的主要部分是I/O单元，如图所示。它的作用是完成模块之间的信息交流或指令控制，如主控制模块与运动控制模块、运动控制模块与驱动模块、主控制模块与示教器、驱动模块与伺服电动机之间的数据传输与交换等。19通信模块（5）电源模块电源模块主要包括系统供电单元和电源分配单元两部分，如图所示，其主要作用是将220 V交流电压转换成系统所需要的合适电压，并分配给各个模块。20电源模块a）系统供电单元b）电源分配单元（6）辅助单元辅助单元是指除了以上5个模块之外的辅助装置，包括散热风扇和热交换器、存储电能的超大电容器、起安全保护的安全面板、操作控制面板等，如图所示。21辅助单元a）电容器b）安全面板2. 工业机器人控制器的特点（1）ABB公司的IRC5紧凑型控制器IRC5紧凑型控制器是ABB公司推出的第二代紧凑型控制器，其外形如图所示。其主要性能参数见下表。22IRC5紧凑型控制器外形23IRC5紧凑型控制器主要性能参数作为IRC5控制器家族的一员，第二代IRC5C控制器将同系列常规控制器的绝大部分功能与优势集于仅310 mm×449 mm×442 mm（高

×

宽

×

深）的空间内。IRC5C控制器比常规尺寸的IRC5要小87%，更容易集成，更节省空间，通用性也更强，同时几乎不影响系统的性能。IRC5C控制器的操作面板采用精简设计，完成了电缆接口的改良，以增强使用的便利性和操作的直观性。24（2）KUKA公司的KRC4控制器KRC4控制器外形如图所示，其主要性能参数见下表。25KRC4控制器外形26KRC4控制器主要性能参数KRC4是KUKA公司开发的一个全新的、结构清晰且注重使用开放、高效数据标准的系统架构，这个架构中集成的安全控制、工业机器人控制、运动控制、逻辑控制均拥有相同的数据基础和基础设施，并可以对其进行智能化使用和分享。KRC4通过中央基础服务系统实现了最大化的数据一致性。KRC4还配备了一体化的集成存储卡，确保了关键数据的安全存储和系统的灵活性；支持多核处理器的设计，使得KRC4在性能上具备了强大的扩展性，能够满足未来不断变化的技术需求。27（3）FANUC公司的R-30iB Mate标准型控制器R-30iB Mate标准型控制器外形如图所示，其主要性能参数见下表。28R-30iB Mate标准型控制器外形29R-30iBMate标准型控制器主要性能参数R-30iB Mate标准型控制器是集成了FANUC公司各种先进技术的新一代控制器，具有性能高、响应快、安全性好等特点。作为集成了视觉功能的工业机器人控制器，它大幅度降低了实现柔性生产所需的周边设备的成本。此外，基于FANUC公司自身软件平台研发的各种功能强大的点焊、涂胶、搬运等专用软件，在使工业机器人的操作变得更加简单的同时，也使系统具有免疫计算机病毒的能力。30（4）YASKAWA公司的DX200控制器DX200控制器外形如图所示，其主要性能参数见下表。31DX200控制器外形32DX200控制器主要性能参数DX200控制器是YASKAWA公司研发的工业机器人控制器。它比原来的DX100控制器拥有更加完善的“身材”，其变压器模块可配置于底板，且通过可堆叠的低地台基板实现设置空间的最小化。由于其可在比工业机器人动作范围小的区域内设置安全围栏，大大地节省了设备空间；附加安装扩展箱后，最多可控制72轴（8台工业机器人）；能够监控工业机器人工具的位置，将动作限定在设定范围内；通过双CPU构成的功能安全模块进行位置监控，提高安全性；离线编程软件MotoSim可用于模拟生产工作站，为工业机器人设定最佳位置，还可执行离线编程，避免发生代价高昂的生产中断或延误。33三、工业机器人控制器的基本功能（1）记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。（2）示教功能：在线示教与离线编程。（3）与外围设备联系功能：如通过输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口与外围设备进行联系。（4）坐标设置功能：具备关节、基、工具、用户自定义4种坐标系。34（5）人机交互：如示教器、操作面板、显示屏、触摸屏等。（6）传感器接口：如位置检测、视觉、触觉、力觉等接口。（7）位置伺服功能：如工业机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。（8）故障诊断与安全保护功能：运行时系统状态监视，故障状态下的安全保护和故障自诊断。35四、工业机器人控制器的分类1. 按控制系统的开放程度分类根据控制系统的开放程度，工业机器人控制器分为封闭型、开放型和混合型3种类型，目前使用较多的是封闭型系统（如日系工业机器人）和混合型系统（如欧系工业机器人）。362. 按控制方式分类按控制方式的不同，工业机器人控制器可分为两类：集中式控制器和分布式控制器。（1）集中式控制器集中式控制器利用一台微型计算机实现系统的全部控制功能，早期工业机器人常采用这种结构，其结构框图如图所示。3738集中式控制器结构框图a）使用单独的运动接口卡驱动单个工业机器人关节

39集中式控制器结构框图b）使用多轴运动控制卡驱动多个工业机器人关节（2）分布式控制器分布式控制器的主要思想是“分散控制，集中管理”，即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配，并通过子系统的协调工作来完成控制任务，整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的。子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的，各个子系统之间通过网络等进行相互通信。分布式控制结构提供了一个开放、实时、精确的工业机器人控制系统。分布式控制器结构框图如图所示。4041分布式控制器结构框图五、工业机器人控制器的工作过程这里以下图为例，说明工业机器人控制器具体的工作过程。42六轴工业机器人控制系统的组成主控制模块接收到操作人员从示教器输入的作业指令后，先解析指令，确定末端执行器的运动参数，然后进行运动学、动力学和插补运算，最后得出工业机器人各个关节的协调运动参数。这些运动参数经过主控制模块输出到运动控制模块，作为驱动模块的给定信号。驱动模块中的伺服驱动器将此信号经D/A转换后，驱动各个关节伺服电动机按一定的要求转动，从而使各关节协调运动。同时，内部传感器将各个关节的运动输出信号反馈给运动控制模块，形成局部闭环控制，使工业机器人末端执行器按作业任务要求在空间中实现精确运动。而此时的外部传感器将工业机器人外界环境参数变化反馈给主控制模块，形成全局闭环控制，使工业机器人按规定的要求完成作业任务。43在控制过程中，操作人员可以直接监视工业机器人的运动状态，也可以从示教器、显示屏等输出装置上得到工业机器人的有关运动信息。此时，控制器中主控制模块完成人机对话、数学运算、通信和数据存储；运动控制模块完成伺服控制；内部传感器完成自身关节运动状态的检测；外部传感器完成外界环境参数变化的检测。44任务2

认识工业机器人示教器451. 能叙述示教器的基本组成、手持方式和工作过程。2. 能叙述示教器的基本功能。3. 能叙述示教再现的特点。4. 能正确认识示教器。5. 能运用示教器完成工业机器人的开/关机操作。6. 能运用示教器完成工业机器人系统日期与时间的设定。7. 能运用示教器完成工业机器人系统状态信息与事件日志的查看。8. 能运用示教器完成工业机器人系统的备份与恢复。学习目标46示教器是工业机器人的重要组成部分之一，是工业机器人的人机交互接口。工业机器人的绝大部分操作均可通过示教器来完成，如点动工业机器人，编写、测试和运行工业机器人程序，设定、查阅工业机器人状态和位置等。它拥有独立的CPU及存储单元，与控制计算机之间以TCP/IP等通信方式实现信息交互。工作任务47本任务要求通过学习，了解工业机器人示教器的基本组成、手持方式、工作过程和示教再现的特点，熟悉工业机器人示教器的基本功能，并能按照工业机器人安全操作规程，运用示教器进行工业机器人的开/关机操作，以及系统日期与时间的设定、系统状态信息与事件日志的查看、系统的备份与恢复。48一、示教器的基本组成工业机器人示教器是一种手持式操作员装置，用于执行与操作工业机器人系统有关的许多任务，如编写程序、运行程序、修改程序、手动操纵、参数配置、监控工业机器人状态等。示教器包括连接器、使能按钮、触摸屏、触摸笔、急停按钮、USB接口、操纵杆和重置按钮等。示教器结构示意图如图所示，各主要部件的功能说明见下表。49相关知识50示教器结构示意图51

示教器各主要部件的功能说明示教器的按键如图所示，其功能说明见下表。52示教器的按键53示教器按键的功能说明二、示教器的手持方式示教器的手持方式如图所示。一般用左手手持设备，4指穿过张紧带，指头触摸使能按钮，掌心与拇指握紧示教器。54示教器的手持方式三、示教器的工作过程在工业机器人控制系统中，示教器的工作过程如图所示。55示教器的工作过程工业机器人的绝大部分操作都可以由示教器来实现。实际操作时，当用户按下示教器上的按键时，示教器通过电缆向主控计算机发出相应的指令代码（S0），此时，主控计算机上负责串口通信的通信模块接收指令代码，然后由指令解释模块分析判断该指令代码（S1），并进一步向相关模块发送与指令代码相应的消息（S2），以驱动有关模块完成该指令代码要求的具体功能（S3）。同时，为让操作用户时刻掌握工业机器人的运动位置和各种状态信息，主控计算机的相关模块将状态信息（S4）经串口通信模块发送给示教器（S5），在液晶显示屏上显示，从而与用户沟通，完成数据的交换功能。因此，示教器实质上就是一个专用的智能终端。56四、示教器的基本功能工业机器人的所有在线操作和自动运行基本都是通过示教器来完成的，示教器的基本功能见下表。57示教器的基本功能五、示教再现工业机器人中应用较广泛的是第一代工业机器人，它的基本工作原理是示教再现，如图所示。而示教器的主要作用就是实现工业机器人的示教再现操作。58工业机器人的示教再现1. 示教示教也称引导，即由操作者直接或间接引导工业机器人，逐步按实际要求操作一遍，工业机器人在示教过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序，存储在工业机器人控制装置内。59（1）在线示教在线示教是工业机器人目前普遍采用的示教方式，如图所示。60工业机器人在线示教采用在线示教进行工业机器人作业任务编制具有如下特点。1）工业机器人的重复定位精度较高，降低了系统误差对工业机器人运动绝对精度的影响，这也是目前工业机器人普遍采用这种示教方式的主要原因。2）在线示教要求操作者具有相当的专业知识和熟练的操作技能，并需要现场近距离示教操作，因而具有一定的危险性，安全性较差。对工作在有毒粉尘、辐射等环境中的工业机器人，这种编程方式对操作者的健康有害。613）示教过程烦琐、费时，需要根据作业任务反复调整末端执行器的位姿，占用了工业机器人大量的工作时间，时效性较差。4）工业机器人在线示教的精度完全靠操作者的经验决定，对于复杂运动轨迹难以取得令人满意的示教效果。5）出于安全考虑，工业机器人示教时要断开其与外围设备的联系，这对那些需要根据外部信息进行实时决策的应用就显得无能为力。6）在柔性制造系统中，这种编程方式无法与CAD数据库相连接，这对工厂实现CAD/CAM/Robotics一体化有一定困难。62（2）人工牵引示教人工牵引示教又称直接示教或手把手示教，用于早期的工业机器人作业编程系统。即由操作人员牵引装有力矩传感器的工业机器人末端执行器对工件实施作业，工业机器人实时记录整个示教轨迹与工艺参数，然后根据这些在线参数就能准确再现整个作业过程。632. 再现整个在线示教过程完成后，通过选择示教器上的再现/自动控制模式，给工业机器人一个启动命令，工业机器人控制器就会从存储器中逐点取出各示教点空间位姿坐标值，通过对其进行插补运算，生成相应的路径规划，然后把各插补点的位姿坐标值通过运动学逻辑运算转换成关节角度值，分送给工业机器人各关节或关节控制器，使工业机器人在一定精度范围内按照程序完成示教的动作和赋予的作业内容，实现再现（自动运行）过程。64任务3

工业机器人的手动操纵651. 能叙述工业机器人坐标系的种类。2. 能叙述工业机器人单轴运动的特点。3. 能在示教器中通过操纵杆进行工业机器人单轴运动操作。4. 能叙述工业机器人线性运动的特点。5. 能在示教器中通过操纵杆进行工业机器人线性运动操作。6. 能叙述工业机器人重定位运动的特点。7. 能在示教器中通过操纵杆进行工业机器人重定位运动操作。学习目标66手动操纵工业机器人运动一共有3种模式：关节运动（单轴运动）、线性运动和重定位运动。本任务要求通过学习，辨识工业机器人的单轴运动、线性运动和重定位运动，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人的关节运动（单轴运动）、线性运动和重定位运动操作。工作任务67一、工业机器人坐标系的种类工业机器人的运动实质是根据不同作业内容、轨迹等的要求，在各种坐标系下的运动。也就是说，对工业机器人进行示教或手动操作时，其运动方式是在不同的坐标系下进行的。目前，在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系，工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。68相关知识1. 关节坐标系在关节坐标系下，工业机器人各轴均可实现单独正向或反向的运动。对于大范围运动，且不要求TCP姿态的，可以选择关节坐标系。工业机器人本体运动轴定义（以主要生产商家的产品为例）见下表。6970工业机器人本体运动轴定义（以主要生产商家的产品为例）71工业机器人本体运动轴定义（以主要生产商家的产品为例）2. 直角坐标系直角坐标系（世界坐标系、大地坐标系）是工业机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一。直角坐标系的原点定义在工业机器人安装面与第一转轴的交点处，X

轴向前，Z

轴向上，Y

轴按右手定则确定，如图所示。在直角坐标系中，不管工业机器人处于什么位置，TCP均可沿设定的

X

轴、Y

轴、Z轴平行移动。工业机器人在直角坐标系下各轴的动作情况可参照下表。72直角坐标系原点73工业机器人在直角坐标系下各轴的动作情况3. 工具坐标系工具坐标系的原点定义在TCP，并且假定工具的有效方向为

X

轴（有些工业机器人厂商将工具的有效方向定义为Z

轴），而

Y

轴、Z

轴由右手定则确定，如图所示。工具坐标系的方向随腕部的移动而发生变化，与工业机器人的位置和姿态无关。因此，在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时，选用该坐标系最为适宜。在工具坐标系中，TCP将沿X

轴、Y

轴和

Z

轴方向运动。

工业机器人在工具坐标系下各轴的动作情况可参照下表。74工具坐标系原点75工业机器人在工具坐标系下各轴的动作情况4. 用户坐标系为示教作业方便，用户可自行定义坐标系（即用户坐标系），如工作台坐标系和工件坐标系，且可根据需要定义多个用户坐标系。用户坐标系原点如图所示。当工业机器人配备多个工作台时，选择用户坐标系可以使操作更为简单。在用户坐标系中TCP沿用户自定义的坐标轴方向运动。工业机器人在用户坐标系下各轴的动作情况可参照下表。7677用户坐标系原点78

工业机器人在用户坐标系下各轴的动作情况二、工业机器人的运动模式1. 单轴运动一般来说，ABB工业机器人是由6个伺服电动机分别驱动工业机器人的6个关节轴，每次单独控制某一个关节轴运动，这种运动方式称为单轴运动。工业机器人单轴运动时，其末端轨迹难以预测。单轴运动一般只用于移动某个关节轴至指定位置、校准工业机器人关节原点等场合。792. 线性运动工业机器人的线性运动是指工业机器人第六轴法兰处的TCP沿着指定的参考坐标系的坐标轴方向进行直线移动，在移动过程中工具的姿态不变。线性运动常用于在空间范围内移动工业机器人TCP的位置，如图所示。80工业机器人的线性运动3. 重定位运动工业机器人重定位运动是指工业机器人第六轴法兰处的TCP在空间中绕着坐标轴旋转的运动。一些特定情况下需要重新定位工具方向，使其与工件保持特定的角度，以便获得最佳的效果，如将工业机器人用于焊接、切割、铣削等操作。当将TCP微调至特定的位置后，在大多数情况下需要重新定位工具的方向，定位完成后，将继续以线性动作进行微动控制，以完成所需操作，如图所示。81工业机器人的重定位运动任务4

工业机器人转数计数器的更新操作

821. 能辨识工业机器人各轴的机械原点位置。2. 能叙述更新转数计数器的原因。3. 能叙述更新转数计数器的操作步骤。4. 能通过示教器进行工业机器人转数计数器的更新操作。学习目标83工业机器人6个关节轴都有一个机械原点，在实际工作中，常常需要对机械原点位置进行转数计数器的更新。本任务要求通过学习，辨识工业机器人各轴的机械原点位置，掌握更新转数计数器的原因和操作步骤，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人转数计数器的更新操作。工作任务84一、工业机器人各轴的机械原点位置工业机器人各轴的机械原点在工业机器人本体上都有标注，不同的工业机器人其机械原点位置不同。如图所示为ABB工业机器人各轴的机械原点所在的位置，详细参照工业机器人随机说明书资料。85相关知识86ABB工业机器人各轴的机械原点所在的位置如图所示为ABB工业机器人IRB6640各轴的机械原点位置。87ABB工业机器人IRB6640各轴的机械原点位置二、更新转数计数器的原因在工业机器人出现以下任何一种状态时，都需要对机械原点位置进行转数计数器的更新操作。1. 更换伺服电动机转数计数器电池后。2. 转数计数器发生故障且修复后。3. 转数计数器与测量板之间断开后。4. 断电后，工业机器人关节轴发生了位移。5. 当系统报警提示“10036 转数计数器未更新”时。88三、更新转数计数器的操作步骤转数计数器的更新操作是指将工业机器人的6个轴分别按照从6到1的顺序调整至机械原点位置，其操作步骤见下表。89更新转数计数器的操作步骤90更新转数计数器的操作步骤91更新转数计数器的操作步骤92更新转数计数器的操作步骤任务5

工业机器人工具坐标系的标定931. 能叙述工具坐标系数据的定义。2. 能叙述工业机器人TCP的标定方法。3. 能通过示教器进行工业机器人工具坐标系的标定操作。学习目标94工业机器人的运动实质是根据不同的作业内容、轨迹等的要求，在各种坐标系下的运动。也就是说，对工业机器人进行示教或手动操作时，其运动方式是在不同的坐标系下进行的。目前，在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。本任务要求通过学习，

掌握工业机器人工具坐标系的标定方法，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人工具坐标系的标定操作。工作任务95一、工具坐标系数据的定义工具坐标系数据是用于描述安装在工业机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数的数据。当工业机器人装接不同的工具（如焊枪）时，需要为工具定义一个工具坐标系，其原点位于用户指定的参考点（TCP），如图所示。96相关知识97工业机器人工具坐标系标定前后对比a）未进行TCP标定b）TCP标定

在执行程序时，工业机器人将TCP移至编程指定的位置，程序中所描述的速度与位置就是TCP在对应工件坐标系中的速度与位置。所有工业机器人在手腕处都有一个预定义的工具坐标系，该坐标系被称为tool0。将一个或多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值，可以实现对多个工具的灵活切换和管理。98二、工业机器人TCP的标定方法工业机器人是通过在末端安装不同的工具来完成各种作业任务的。要想让工业机器人正常作业，就要让工业机器人的末端工具能够精确地到达某一确定位置，实现特定的姿势，并能够始终保持这一状态。从工业机器人运动学的角度理解，就是在TCP处固定一个坐标系，控制其相对于工业机器人坐标系或直角坐标系的姿态，此坐标系称为末端执行器坐标系，也就是工具坐标系。因此，工具坐标系的准确度直接影响工业机器人的轨迹精度。99默认工具坐标系的原点位于工业机器人末端法兰的中心。工具坐标系的标定是工业机器人控制器所必须具备的一项功能。工业机器人工具坐标系的标定是指将TCP的位置和姿态告诉工业机器人，指出它们与工业机器人末端关节坐标系的关系。上图所示为工业机器人工具坐标系标定前后对比。100如图所示为常见工具的TCP。目前，工业机器人工具坐标系的标定方法主要有外部基准标定法和多点标定法。101常见工具的TCP1. 外部基准标定法外部基准标定法只需要使工具对准某一测定好的外部基准点，便可完成标定，标定过程快捷、简便，但这类标定方法依赖于工业机器人的外部基准。1022. 多点标定法大多数工业机器人都具备工具坐标系多点标定功能。这类标定包含工具中心点（TCP）位置多点标定和工具坐标系姿态多点标定。TCP位置多点标定是使几个标定点TCP的位置重合，从而计算出TCP，即工具坐标系原点相对于末端关节坐标系的位置，如四点法；而工具坐标系姿态多点标定是使几个标定点之间具有特殊的方位关系，从而计算出工具坐标系相对于末端关节坐标系的姿态，如五点法（在四点法的基础上，能确定工具坐标系的

Z

轴方向）、六点法（在四点法、五点法的基础上，能确定工具坐标系

X、Y、Z

三轴的姿态）。103为获得准确的TCP，下面以六点法为例进行操作。（1）在工业机器人动作范围内找一个非常精确的固定点作为参考点。（2）在工具上确定一个参考点（最好是工具中心点）。（3）按前面介绍的手动操纵工业机器人的方法移动工具参考点，以四种不同的工具姿态尽可能地与固定点刚好碰上。（4）工业机器人控制器通过前4个点的位置数据即可计算出TCP的位置，通过后2个点即可确定TCP的姿态。（5）根据实际情况标定工具的质量和重心位置数据。104任务6

工业机器人工件坐标系的标定1051. 能叙述工件坐标系的作用。2. 能叙述工件坐标系的建立和验证方法。3. 能通过示教器，运用三点法进行工业机器人工件坐标系的标定操作。学习目标106工业机器人工件坐标系是定义在对应工件上的坐标系，用于确定该工件相对于其他坐标系的位置。本任务要求通过学习，掌握工业机器人工件坐标系的建立和验证方法，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人工件坐标系的标定操作。工作任务107一、工件坐标系的作用工件坐标系具有两个作用：一是方便用户以工件平面方向为参考手动操纵调试；二是当工件位置更改后，通过重新定义该坐标系，工业机器人即可正常作业，不需要对工业机器人程序进行修改。工件坐标系示意图如图所示。108相关知识109工件坐标系示意图工件坐标系是拥有特定附加属性的坐标系，它主要用于简化编程。工件坐标系拥有两个框架：用户框架（与大地基座相关）和目标框架（与用户、工件框架相关）。工件坐标系框架图如图所示。110工件坐标系框架图二、工件坐标系的建立和验证方法1. 建立方法工业机器人可以拥有若干工件坐标系，用于表示不同工件或者同一工件在不同位置的若干情况。工件坐标系的建立采用三点法：原点、X

轴方向点和

Y

轴方向点。111用三点法建立工件坐标系的方法如下。（1）在工件平面上找一个方便计算其他位置点的固定参考点作为工件坐标系的原点。（2）手动操纵工业机器人，用原点和期望建立的工件坐标系

X

轴方向上的某一点来确定

X

轴的正方向，用期望建立的工件坐标系Y

轴方向上的某一点来确定

Y

轴的正方向。（3）根据右手定则，就可以确定Z轴的正方向，从而得到工件坐标系。1122. 验证工件坐标系工件坐标系建立完成后，需要利用工业机器人线性运动对新建的工件坐标系进行验证，验证方法如下。（1）将示教器中的工具、工件坐标系分别修改成新建立的工具、工件坐标系。

（2）手动操纵工业机器人，将工具坐标系原点移至工件坐标系原点位置。113（3）选择“线性运动”模式，手动操纵工业机器人。（4）沿

X

轴正方向移动工业机器人，观察工业机器人是否沿工件

X轴边缘移动。（5）沿Y

轴正方向移动工业机器人，观察工业机器人是否沿工件

Y轴边缘移动。在步骤（4）、（5）中，若工业机器人沿工件X轴、Y

轴边缘移动，说明新建立的工件坐标系是正确的；否则说明新建立的工件坐标系是错误的，需要重新建立工件坐标系。114项目二工业机器人RAPID编程指令及程序编写任务1工业机器人运动指令的使用01任务2工业机器人I/O控制指令的使用02任务3工业机器人其他常用指令的使用03任务4工业机器人RAPID程序的编写与调试04116任务1

工业机器人运动指令的使用1171.能叙述常用的工业机器人编程语言。2.能叙述工业机器人程序的基本信息及功能。3.能叙述工业机器人常用运动指令的格式及应用。4.能在示教器中进行线性运动指令、关节运动指令、圆弧运动指令和绝对位置运动指令的操作。学习目标118工业机器人在空间中进行运动主要有四种方式：线性运动（MoveL）、关节运动（MoveJ）、圆弧运动（MoveC）和绝对位置运动（MoveAbsJ）。本任务要求通过学习，掌握工业机器人常用运动指令的格式及应用，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人线性运动、关节运动、圆弧运动和绝对位置运动等操作。工作任务119一、工业机器人的编程语言工业机器人在线示教时，只有熟练掌握工业机器人的编程语言，才能快速地新建作业程序。目前工业机器人编程语言还没有统一，各大工业机器人生产厂商都有自己的编程语言。由于工业机器人编程语言是工业机器人生产厂商自己开发的针对用户的语言，比较容易理解，且工业机器人所具有的功能基本相同，所以不同生产厂商工业机器人编程语言的特性差别不大，只需掌握某一生产厂商的工业机器人编程语言，就很容易理解其他生产厂商的工业机器人编程语言。120相关知识工业机器人的程序包括数据变量和编程指令等。其中，数据变量是在程序中设定的一些环境变量，可以用来进行程序间的信息接收和传递等；编程指令包括基本运动指令、跳转指令、作业指令、I/O指令、寄存器指令等。各生产厂商工业机器人编程语言中的数据变量和编程指令各不相同，具体参照各生产厂商工业机器人操作手册或使用说明书。121二、工业机器人程序工业机器人程序是为了使工业机器人完成某种任务而设置的动作顺序描述。在示教操作中，产生的示教数据（如轨迹数据、作业条件、作业顺序等）和工业机器人指令都保存在程序中，当工业机器人自动运行时，将执行程序，以再现所记忆的动作。122常见的程序编程方法有两种——示教编程方法和离线编程方法。示教编程方法是由操作人员引导，控制工业机器人运动，记录工业机器人作业的程序点，并插入所需的工业机器人命令来完成程序的编写。离线编程方法是操作人员不对实际作业的工业机器人直接进行示教，而是在离线编程系统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间接对工业机器人进行示教。示教编程方法包括示教、编辑和轨迹再现，可以通过示教器示教再现。由于示教方式使用性强，操作简便，因此大部分工业机器人都采用这种方法。123程序的基本信息包括程序名、程序注释、子类型、组标志、写保护、程序指令和程序结束标志，详见下表。124程序的基本信息及功能125程序的基本信息及功能三、工业机器人的运动指令1. 线性运动（MoveL）指令线性运动指令也称直线运动指令。执行该指令时，工具的TCP按照设定的姿态从起点匀速移动到目标位置点，TCP运动路径是三维空间中

p1

点到

p2

点的直线运动路径，如图所示。线性运动的起始点是前一运动指令的示教点，结束点是当前运动指令的示教点。线性运动的特点是运动路径可预见；在指定的坐标系中能实现插补运动。126127线性运动示意图（1）指令格式MoveL[\Conc,]ToPoint,Speed[\V] [\T],Zone[\Z] [\Inpos],Tool[\Wobj] [\Corr];指令格式说明如下。1）[\Conc,]：协作运动开关。2）ToPoint：目标点，默认为*。3）Speed：运行速度数据。4）[\V]：特殊运行速度，mm/s。1285）[\T]：运行时间控制，s。6）Zone：运行转角数据。7）[\Z]：特殊运行转角，mm。8）[\Inpos]：运行停止点数据。9）Tool：工具中心点（TCP）。10）[\Wobj]：工件坐标系。11）[\Corr]：修正目标点开关。129（2）应用工业机器人在工作状态移动常使用线性运动指令，工业机器人的运动特点是以线性方式运动至目标点（当前点与目标点两点决定一条直线），运动状态可控，运动路径唯一，但可能出现死点。1302. 关节运动（MoveJ）指令程序一般起始点使用MoveJ指令。工业机器人将TCP沿最快速轨迹送到目标点，工业机器人的姿态会随意改变，TCP路径不可预测。工业机器人最快速的运动轨迹通常不是最短的轨迹，因而关节轴运动不是直线。由于工业机器人轴的旋转运动，弧形轨迹会比直线轨迹更快。关节运动示意图如图所示。131关节运动示意图关节运动的特点是运动的具体过程是不可预见的；6个轴同时启动并且同时停止。使用MoveJ指令可以使工业机器人的运动更加高效、快速，也可以使工业机器人的运动更加柔和，但是关节轴的运动轨迹是不可预见的，使用该指令务必确认工业机器人与周边设备不会发生碰撞。（1）指令格式MoveJ[\Conc,]ToPoint,Speed[\V] [\T],Zone[\Z] [\Inpos],Tool[\Wobj];（2）应用工业机器人在空间中大范围移动常使用关节运动指令，工业机器人的运动特点是以最快捷的方式运动至目标点，运动状态不完全可控，但运动路径唯一。132（3）编程实例根据如图所示的运动轨迹，写出工业机器人的关节指令程序。上图所示运动轨迹的指令程序如下。MoveL p1,v200,z10,tool1;MoveL p2,v100,fine,tool1;MoveJ p3,v500,fine,tool1;133运动轨迹3. 圆弧运动（MoveC）指令圆弧运动指令也称圆弧插补运动指令，3点确定唯一圆弧，因此，圆弧运动需要示教3个圆弧运动点，起始点

p1是上一条运动指令的末端点，p2是中间辅助点，p3

是圆弧终点，圆弧运动示意图如图所示。134圆弧运动示意图（1）指令格式MoveC[\Conc,] CirPoint,ToPoint,Speed[\V] [\T],Zone[\Z] [\Inpos],Tool[\Wobj] [\Corr];CirPoint：中间点，默认为*。（2）应用工业机器人在工作状态移动常使用圆弧运动指令，工业机器人的运动特点是通过中心点以圆弧方式运动至目标点（当前点、中间点与目标点3点决定一段圆弧），运动状态可控，运动路径唯一。135（3）限制不可能通过一个MoveC指令完成一个圆，其限制如图所示。136MoveC指令的限制4. 绝对位置运动（MoveAbsJ）指令工业机器人在运动过程中，使用6个轴和外轴的角度值来定义目标位置数据，实现这一功能的指令称为绝对位置运动指令。工业机器人的运动特点是以单轴运行的方式运动至目标点，不存在奇点，运动状态完全不可控，应避免在正常生产中使用此指令。绝对位置运动指令常用于检查工业机器人零点位置（指令中TCP与Wobj只与运行速度有关，与运动位置无关）和工业机器人6个轴回到机械原点（0°）位置的运动中。其指令格式为MoveAbsJ [\Conc] ToJointPos [\ID] [\NoEOffs] Speed [\V] | [\T] Zone [\Z] [\Inpos] Tool [\Wobj] [\TLoad]。137任务2

工业机器人I/O控制指令的使用1381. 能叙述工业机器人基本的I/O控制指令，如数字信号置位指令、数字信号复位指令、数字输入信号判断指令、数字输出信号判断指令、信号判断指令的功能。2. 能通过示教器进行工业机器人数字信号置位指令、数字信号复位指令、数字输入信号判断指令、数字输出信号判断指令和信号判断指令的操作。学习目标139I/O控制指令用于控制I/O信号，以达到与工业机器人周边设备进行通信的目的。本任务要求通过学习，了解常用I/O控制指令的功能，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人常用I/O控制指令的操作。工作任务140一、数字信号置位指令（Set）数字信号置位指令用于将数字输出置为“1”。其应用如图所示。141相关知识数字信号置位指令的应用二、数字信号复位指令（Reset）与数字信号置位指令对应的指令是数字信号复位指令，该指令用于将数字输出置为“0”。其应用如图所示。142数字信号复位指令的应用三、数字输入信号判断指令（WaitDI）数字输入信号判断指令用于判断输入信号的值是否与目标值一致。其应用如图所示。143数字输入信号判断指令的应用四、数字输出信号判断指令（WaitDO）数字输出信号判断指令用于判断输出信号的值是否与目标值一致。其应用如图所示。144数字输出信号判断指令的应用五、信号判断指令（WaitUntil）信号判断指令可用于布尔量、数字量和I/O信号值的判断，如果条件达到指令中的设定值，程序继续往下执行，否则程序就一直等待，除非设定了最大等待时间。其应用如图所示。145信号判断指令的应用任务3

工业机器人其他常用指令的使用1461. 能叙述工业机器人逻辑控制指令、例行程序调用指令、时间等待指令和位置偏移指令的功能。2. 能通过示教器进行工业机器人逻辑控制指令、例行程序调用指令、时间等待指令和位置偏移指令的操作。学习目标147工业机器人的其他常用指令主要包括逻辑控制指令、例行程序调用指令、时间等待指令、位置偏移指令等。本任务要求通过学习，了解工业机器人逻辑控制指令、例行程序调用指令、时间等待指令、位置偏移指令的应用，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行各指令的操作。工作任务148一、工业机器人逻辑控制指令常用的工业机器人逻辑控制指令见下表。149相关知识常用的工业机器人逻辑控制指令1. 条件判断指令（IF）IF <exp1> THEN：符合判断条件1“Yes-part 1”：执行“Yes-part 1”指令ELSEIF <exp2> THEN：不符合条件1，符合判断条件2

“Yes-part 2”：执行“Yes-part 2”指令ELSE

“Not-part”：不符合任何判断条件，执行“Not-part”指令ENDIF1502. 循环指令（WHILE）a:=1;WHILE reg1<5 DO      a:=a+1;ENDWHILE在WHILE循环中，程序只有循环至不满足判断条件时，才跳出循环指令，执行ENDWHILE后面的运行指令。1513. 循环指令（FOR）FOR i FROM 1 TO 10 DOa{i}:=a{i+1};ENDFOR当前指令通过循环判断标识从初始值逐渐更改至最终值，从而控制程序相应的循环次数，循环判断标识使用i、k、j等小写字母。1524. 跳转指令（GOTO）IF reg1>100 GOTO highvalue;lowvalue:GOTO ready;highvalue:…ready:…153reg1:=1;next:reg1:=reg1+1;IF reg1<=5 GOTO next;跳转指令必须与跳转标签同时使用，执行跳转指令后，程序将从当前位置跳转到对应标签处继续执行。154二、工业机器人例行程序调用指令工业机器人例行程序调用指令见下表。155工业机器人例行程序调用指令1. 调用例行程序指令（ProcCall）通过使用该指令，可在指定的位置调用例行程序，如图所示。156使用调用例行程序指令在指定的位置调用例行程序2. 返回例行程序指令（RETURN）当此指令被执行时，则马上结束本例行程序的运行，返回程序指针到调用此例行程序的位置。指令解析：在下图中，当执行RETURN指令时，程序指针回到调用Routine2的位置的下一行并继续往下运行。157返回例行程序调用三、工业机器人时间等待指令工业机器人时间等待指令见下表。158工业机器人时间等待指令1. 时间等待指令（WaitTime）时间等待指令用于程序在等待一个指定的时间后，再继续向下执行。其应用如图所示，程序等待2 s以后，向下运行MoveJ指令。159时间等待指令的应用2. 信号判断指令（WaitUntil）信号判断指令可用于布尔量、数字量和I/O信号值的判断，如果条件达到指令中的设定值，程序继续往下执行，否则就一直等待，除非设定了最大等待时间。其应用如图所示。160信号判断指令的应用四、工业机器人位置偏移指令1. 位置偏移指令（Offs）位置偏移指令用于需要对点的位置进行偏移的情况。2. 指令解析位置偏移指令的格式如图所示。第一个<EXP>为偏移的参照点，第二个<EXP>为

X

轴的偏移量，第三个<EXP>为

Y轴的偏移量，第四个<EXP>为

Z

轴的偏移量。161162位置偏移指令的格式如图所示为位置偏移指令的应用。指令解析：在

p10

点的位置上沿

X

轴正方向偏移5 mm，沿

Y

轴正方向偏移10 mm，沿

Z轴正方向偏移15 mm。163位置偏移指令的应用任务4

工业机器人RAPID程序的编写与调试1641. 能叙述工业机器人RAPID程序的含义、基本架构和在示教器中查看RAPID程序的方法。2. 能叙述工业机器人RAPID程序的编写方法。3. 能叙述工业机器人RAPID程序的调试与运行方法。4. 能通过示教器创建工业机器人新的程序模块和例行程序。5. 能通过示教器进行工业机器人RAPID程序的编写、调试和自动运行操作。6. 能正确保存程序模块。学习目标165工业机器人应用程序是使用RAPID编程语言的特定词汇和语法编写而成的。本任务要求通过学习，掌握RAPID程序的含义、基本架构和查看方法，以及编制程序的基本流程，并能正确使用示教器，按照安全操作规程创建工业机器人新的程序模块和例行程序，进行工业机器人RAPID程序的编写、调试和自动运行等操作。工作任务166一、工业机器人RAPID程序1. RAPID程序的含义RAPID是一种专门为工业机器人编程设计的高级语言，它包含了一连串控制工业机器人的指令，执行这些指令可以实现对工业机器人的控制操作，如移动工业机器人、设置输出、读取输入、实现决策、重复其他指令、构造程序、与系统操作员交流等。167相关知识2. RAPID程序的基本架构（见下表）168RAPID程序的基本架构RAPID程序的架构说明如下。（1）RAPID程序是由程序模块与系统模块组成的，一般只通过新建程序模块来构建工业机器人的程序，而系统模块多用于系统方面的控制。（2）可根据不同用途创建多个程序模块，如用于主控制、位置计算、数据存放的程序模块，这样便于归类和管理。（3）每一个程序模块