工业机器人安装调试与维护保养-02项目二 KUKA工业机器人的硬件连接

目录CONTENTS2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜2.2、了解KRC4SmallSize控制柜与KR5机器人本体之间的连接方式2.3、了解KUKA机器人的安全保护机制2.4、了解KUKA机器人蓄电池2.5、KUKA机器人零点标定介绍知识准备一任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接任务2KUKA机器人安全策略接口线接线任务3更换KUKA机器人蓄电池任务4KUKA机器人零点标定任务实现二一、知识准备库卡KRC4系列高性能的控制器（如图2-1），可以实现对设备的成功控制。

•采用模块化的硬件结构

•以计算机为基础的开放式软件架构

•可以根据设备和特殊要求进行灵活适配

•具有各种扩展功能2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜图2-1KUKAKRC4系列控制器一、知识准备1）KRC4控制柜

KRC4控制器属于KUKA最为通用的机器人控制器

•更高效•更安全•更灵活•更智能化。

降低了自动化方面的集成、保养和维护成本，并且同时持久地提高系统的效率和灵活性。所以库卡开发了一个全新的、结构清晰且注重使用开放高效数据标准的系统架构。这个系统架构中集成的所有安全控制（SafetyControl）、机器人控制（RobotControl）、运动控制（MotionControl）、逻辑控制（LogicControl）。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，使系统具有最高性能、可升级性和灵活性。2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜图2-2KUKAKRC4控制器一、知识准备2）KRC4SmallSize控制柜

KRC4smallsize工业机器人控制器（如图2-3）,它具备标准KRC4控制系统的所有功能，即将机器人、运动、时序、过程和安全多项功能集中控制。其中安全功能可监控16个自定义的工作区域，同时特有的耗能管理模式可将能耗最高降低95%,使整个机器人系统更加智能高效，这既可持续性地节省宝贵资源，也可大幅减少成本。

2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜图2-3KUKAKRC4Smallsize控制器一、知识准备3）KRC4compact控制柜

KRC4compact工业机器人控制器（如图2-4），它更高效、更安全、更灵活且更智能化。KRC4compact以其小巧的结构提供高效、可靠的KRC4技术，灵活的结构设计和由此产生的可扩展性令其成为一款全能型机器。同时能够大大减少硬件组件、电缆及插头的数量，并通过基于软件的各种解决方案进行替代。高效、稳定的控制系统采用免维护设计，温度调节式风扇技术可根据需要短时开动且噪音低。

2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜图2-4KUKAKRC4compact控制器一、知识准备4）KUKASunriseCabinet控制柜

KUKASunriseCabinet控制器（如图2-5）,该控制系统专为所有轻型机器人机型设计，因此可应用于协作机器人。KUKASunriseCabinet以其小巧的结构提供高效、可靠的库卡技术，灵活的结构设计和由此产生的可扩展性令其成为一款全能型机器。同时能够大大减少硬件组件、电缆及插头的数量，并通过基于软件的各种解决方案进行替代。高品质、稳定的控制系统采用免保养设计。

2.1、认识KUKA工业机器人KRC4控制柜图2-5KUKASunriseCabinet控制器一、知识准备•以最为常用的KUKAKR5工业机器人本体配套KUKAKRC4SmallSize工业机器人控制器进行电气连接为例进行说明。2.2、了解KRC4SmallSize控制柜与KR5机器人本体之间的连接方式图2-6KUKAKRC4Smallsize控制器面板介绍表2-1KUKAKRC4Smallsize控制器面板介绍表序号说明1X65EtherCAT接口（可选）2X66以太网接口（1xrj45）（可选）3X11安全并行接口4X21接口数据5X19smartpad接口6电源线7X20电机动力主线8X69PC接口服务9其他扩展总线接口一、知识准备2.2、了解KRC4SmallSize控制柜与KR5机器人本体之间的连接方式图2-7KUKAKR5工业机器人与KRC4Smallsize电气连接关系表2-2KUKAKR5工业机器人与KRC4Smallsize电气连接关系表序号说明1机械手2机器人控制器3手持式编程器

smartPAD4smartPAD连接电缆5连接线缆/数据线6连接线缆/电机导线一、知识准备2.2、了解KRC4SmallSize控制柜与KR5机器人本体之间的连接方式图2-8KRC4Smallsize控制柜内部结构介绍表2-3KRC4Smallsize控制柜内部结构名称表序号说明1接线面板接口2电源接口3X20电机插头4主开关5电源滤波器6库卡小型机器人配电箱7库卡小型机器人伺服包8侧面接口面板9控制系统

PC机10控制系统

PC机的风扇11蓄电池12低压电源件13小型机器人控制柜一、知识准备图2-9所示的为KUKAKRC4Smallsize控制器安全保护接口X11的接口位置图，采用50针的D-Sub的母头，我们在使用机器人的时候，首先就需要把安全保护机制接线接好。2.3、了解KUKA机器人的安全保护机制图2-9KRC4Smallsize控制柜安全保护机制接口X11一、知识准备1）安全控制接口X11

接线的时候，必须严格按照该表格提供的功能进行集成接线。2.3、了解KUKA机器人的安全保护机制图2-10保护机制接口X11管脚定义图保护机制接口X11管脚接线定义表请查阅配套教材一、知识准备2）插头X11的插孔图

图2-11为安全保护机制接口的插头，用于接口X11的配合件是一个带多点连接器的50针D-Sub、IP67插头。2.3、了解KUKA机器人的安全保护机制图2-11保护机制接口X11管脚定义图一、知识准备机器人控制系统会在断电时借助蓄电池在受控状态下关闭。蓄电池接受控制柜的充电以及周期式的电量监控。蓄电池管理器接收一项电脑任务的控制，并且通过一条与控制柜连接的USB连接线而接收监控。

图2-12为蓄电池与控制柜上的插头X305连接，并采用F305号熔丝保护。控制系统出厂时蓄电池插头X305已从控制柜中拔出，以防止镇流电阻导致蓄电池过度放电。首次启用时，必须在控制系统关机状态下将插头X305插上。

图2-13所示为工业机器人蓄电池的极性说明，在安装的时候要注意安装极性，以免带来不必要的后果。2.4、了解KUKA机器人蓄电池一、知识准备2.4、了解KUKA机器人蓄电池图2-12蓄电池放电保护X305连接图2-13蓄电池极性一、知识准备1）KUKA机器人零点标定位置

仅在工业机器人得到充分和正确标定零点时，它的使用效果才会最好。因为只有这样，机器人才能达到它最高的点精度和轨迹精度或者完全能够以编程设定的动作运动。

完整的零点标定过程包括为每一个轴标定零点。通过技术辅助工具(EMD=ElectronicMasteringDevice（电子控制仪）)可为任何一个在机械零点位置的轴指定一个基准值（例如：0°）。因为这样就可以使轴的机械位置和电气位置保持一致，所以每一个轴都有一个唯一的角度值。

所有机器人的零点标定位置校准都一样，但不完全相同。精确位置在同一机器人型号的不同机器人之间也会有所不同，如图2-14所示的为零点标定筒的安装位置，表2-5为机械零点位置的角度值。2.5、KUKA机器人零点标定介绍一、知识准备1）KUKA机器人零点标定位置2.5、KUKA机器人零点标定介绍图2-14零点标定套筒的安装位置表2-6机械零点位置的角度值（=基准值）轴“Quantec”代机器人“Quantec”代机器人其它机器人型号（例如：2000、KR16系列等等）A1-20°0°A2-120°-90°A3120°+90°A40°0°A50°0°A60°0°一、知识准备2）标定零点情况介绍

原则上，机器人必须时刻处于已标定零点的状态。在以下情况下必须进行零点标定：

在投入运行时。

1、在对参与定位值感测的部件（例如带分解器或RDC的电机）采取了维护措施之后。

2、当未用控制器移动了机器人轴（例如借助于自由旋转装置）时

3、进行了机械修理后/问题是必须先删除机器人的零点，然后才可标定零点：

•更换齿轮箱后。

•以高于250mm/s的速度上行移至一个终端止挡之后

•在碰撞后2.5、KUKA机器人零点标定介绍一、知识准备2）标定零点情况介绍

关于零点标定的安全提示。

如果机器人轴未经零点标定，则会严重限制机器人的功能：

•无法编程运行：不能沿编程设定的点运行。

•无法在手动运行模式下手动平移：不能在坐标系中移动。

•软件限位开关关闭。2.5、KUKA机器人零点标定介绍任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接二、任务实现二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第一步：连接电机动力电缆到KUKA机器人本体X30接口上。图2-15连接电机动力电缆位置图2-16连接电机动力电缆步骤二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第二步：连接绝对值编码器电缆到控制柜的X21接口上。图2-17连接绝对值编码器电缆位置图2-18连接绝对值编码器电缆步骤二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第三步：连接smartPAD电缆到控制柜上的X19接口上。图2-19连接smartPAD位置介绍图2-20连接smartPAD位置步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第四步：连接电源电缆线到控制柜X1接口上。图2-21连接smartPAD位置及步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第五步：安装电机动力电缆线到控制柜X20上。图2-22安装电机动力电缆线位置介绍图2-23安装电机动力电缆线步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第六步：连接安全策略接口到控制柜的X11接口上。图2-24连接安装策略接口位置介绍图2-25连接安装策略接口步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第七步：连接绝对值编码器接口线到机器人接口上。图2-26连接绝对值编码器接口的位置及步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接第八步：连接PC通信接口线到控制柜的X69接口上。图2-27PC通信接口线位置及步骤介绍二、任务实现任务1操作完成KUKA工业机器人本体与控制柜的连接KUKA工业机器人系统电气接线完成，如下图2-28所示。图2-28KUKA工业机器人系统电气装配完成整体效果图任务2KUKA机器人安全策略接口线接线二、任务实现二、任务实现任务2KUKA机器人安全策略接口线接线1）紧急停止

在KUKA机器人控制系统中，如果要在安全接口X11上连接一个紧急停止装置，如下图2-29电气接线所示,参考该电气接线图即可完成紧急停止装置的连接。图2-29KUKA工业机器人系统紧急停止按钮接线方式二、任务实现任务2KUKA机器人安全策略接口线接线2）防护门

在隔离性防护装置外必须安装一个双信道确认键。系统集成必须确保因意外关闭防护门不会立即设定操作人员防护装置信号。操作人员防护装置信号在关闭防护门之后只允许通过只能在危险区域之外访问的附加装置来设定，例如通过确认键。在工业机器人可重新启动自动运行模式之前，必须用确认键确认防护门关闭，如图2-30电气连接图所示，参考该电气连接图在X11端口上连接该功能。图2-30带防护门的操作人员防护装置任务3更换KUKA机器人蓄电池二、任务实现KUKA机器人KRC4系列蓄电池的功能主要为在控制系统断电时借助蓄电池在受控状态下关闭，蓄电池接受控制柜的充电以及周期性的电量监控，蓄电池与X305连接，并采用F305号熔丝保护。二、任务实现任务3更换KUKA机器人蓄电池更换KUKA机器人蓄电池的方法：

第一步：将控制系统关机并采取措施防止其意外重启。

第二步：拧松滚花螺母的螺栓，然后将冷却槽（3）拆出，如图2-31和表2-7所示图2-31拆卸冷却通道表2-7拆卸冷却通道组件说明标号说明1冷却槽固定装置2蓄电池3冷却槽二、任务实现任务3更换KUKA机器人蓄电池第三步：将本机蓄电池连接线（1）拔出，或将控制柜里的插头X305拔掉。图2-32蓄电池防护组件介绍标号说明1蓄电池连接线缆2魔术贴表2-8蓄电池防护组件名称表☆蓄电池电极上的短路或接地会造成很高的短路电流。该短路电流可导致重大财产损失和人员受伤。不允许使蓄电池电极短路或接地。二、任务实现任务3更换KUKA机器人蓄电池第四步：将魔术贴（2）取下。

第五步：将两块蓄电池块取出。

第六步：将新的蓄电池块装入，然后插上蓄电池连接线；

第七步：用魔术贴将两个蓄电池块固紧。

第八步：将冷却槽装入且拧紧。

第九步：实施功能测试。任务4KUKA机器人零点标定二、任务实现二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定1）零点标定流程介绍

零点标定可通过确定轴的机械零点的方式进行。在此过程中轴将一直运动，直至达到机械零点为止。这种情况出现在探针到达测量槽最深点时。因此，每根轴都配有一个零点标定套筒和一个零点标定标记，如图2-33、2-34及表2-9所示。图2-33正在使用的EMD二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定1）零点标定流程介绍图2-34EMD校正位置及校正流程介绍标号说明1EMD（电子控制仪）2测量套筒3探针4测量槽5预零点标定标记图2-9EMD校准流程二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定2）机器人的零点标定方式

KUKA机器人系列进行零点标定的一般途径，如下图2-35所示，该图具体介绍了在使用过程中只有一种负载的存在的情况下和多种负载存在的情况下进行标定（如搬运、码垛）等应用。

图2-35零点标定途径二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定3）为何要学习偏量

通过固定在法兰处的工具重量，机器人承受着静态载荷。由于部件和齿轮箱上材料固有的弹性，未承载的机器人与承载的机器人相比其位置上会有所区别。这些相当于几个增量的区别将影响到机器人的精确度。

图2-36偏量学习二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定3）为何要学习偏量

如图2-36所示的“偏量学习”带负载和不带负载进行。与首次零点标定（无负载）的差值被储存。如果机器人以各种不同负载工作，则必须对每个负载都进行“偏量学习”。对于抓取沉重部件的抓爪来说，则必须对抓爪分别在不带构件和带构件时进行“偏量学习”。

只有经带负载校正而标定零点的机器人具有所要求的高精确度。因此必须针对每种负荷情况进行偏量学习！前提条件是：工具的几何测量已完成，因此已分配了一个工具编号。二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

第一步：将机器人移到预零点标定位置。如图2-37所示预零点标定位置示例。图2-37预零点标定位置示例二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

第二步：在smartPAD编程单元上的主菜单中选择投入运行>零点标定>EMD>带负载校正>首次零点标定。一个窗口自动打开。所有待零点标定的轴都显示出来。编号最小的轴已被选定。二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

第三步：从窗口中选定的轴上取下测量筒的防护盖。（翻转过来的EMD可用作螺丝刀。）

将EMD拧到测量筒上，如图2-38所示。图2-38已将EMD拧到测量筒上二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

然后将测量导线连到EMD上，并连接到机器人接线盒的接口X32上，如图2-39所示。图2-39EMD电缆，连接二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

第四步：在smartPAD编程单元上，点击零点标定。

第五步：将确认开关按至中间挡位并按住，然后按下并按住启动键，如图2-40所示。图2-40确认键和启动键二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定4）零点标定的操作步骤

如果EMD通过了测量切口的最低点，则已到达零点标定位置。机器人自动停止运行。数值被储存。该轴在窗口中消失。

第六步：将测量导线从EMD上取下。然后从测量筒上取下EMD，并将防护盖重新装好。

第七步：对所有待零点标定的轴重复步骤2至5。

第八步：关闭窗口。

第九步：将测量导线从接口X32上取下。

二、任务实现任务4KUKA机器人零点标定5）偏量学习操作步骤

进行带负载的“偏量学习”。与首次零点标定的差值被储存。

第一步：将机器人置于预零点标定位置

第二步：在主菜单中选择投入运行>零点标定>EMD>带负载校正>偏量学习。

第三步：输入工具编号。用工具OK确认。

第四步：随即打开一个窗口。所有工具尚未学习的轴都显示出来。编号最小的轴已被选定。

第五步：从窗口中选定的轴上取下测量筒的