工业基础技术 9

工业机器人技术及应用(第3版)第4章

工业机器人运动规划理解工业机器人复杂应用，锤炼创新思维，探索解题思路，提升问题解决能力。明晰编程验证严谨性，通晓理论实操流程，建立预验证优化思维。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人编程的核心内容与要素。理解工业机器人轨迹描述与编程方法。掌握工业机器人程序创建验证与优化的完整流程。掌握机器人编程全流程，完成分析、规划、编程与调试优化。掌握离线仿真实操，依托软件优化程序，降调试成本、提编程质量效率。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter401国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评知识地图学习目标Chapter402````01工业机器人编程内容020304工业机器人轨迹编程编程方法编程指令工业机器人轨迹描述工业机器人程序创建与验证运动轨迹工艺条件动作次序工业机器人：超级工程之港口码头工程的“快递员”

发展展望:我们要钻研核心技术,不断创新拓展。工程师承袭传统航运智慧，精进技术赋能港口发展。全球前十港口我国占六席，稳固我国全球货物贸易首位地位。科技铸就港口辉煌珠江三角洲应用青岛港海岸线应用智能分拣机器人搭载传感与视觉技术，可自主识别分拣货物，设备间无线协同作业。分拣机器人搭载激光雷达、深度相机等传感器，采集货物全维度信息，依托视觉技术完成识别与特征提取。知识讲解典型案例拓展阅读知识测评学习目标国之重器知识地图Chapter4034.1工业机器人编程内容典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器a因技术尚未成熟，现在企业引入的工业机器人仍然以第一代工业机器人为主，它的基本工作原理是“示教—再现”。示教是操作人员引导机器人记录作业动作并存储程序；再现即调取程序，让机器人按设定精度复现作业流程。使用机器人代替工人进行自动化作业，必须预先赋予机器人完成作业所需的信息，即运动轨迹、工艺条件和动作次序。Chapter404运动轨迹运动轨迹是为完成规定的作业任务，机器人工具中心点(TCP)在给定的时间或速度条件下所掠过的路径。从控制方式看，工业机器人具有点到点(PTP)运动和连续路径(CP)运动两种形式，分别适用于非作业区间和作业区间。按运动路径区分，工业机器人具有直线、圆弧、直线摆动和圆弧摆动等典型动作类型，其他复杂轨迹均可组合生成。针对规则的机器人运动轨迹,原则上仅需示教几个关键位置的点位信息。各指令位姿之间的连续路径运动则由机器人控制系统的路径规划模块通过插补运算生成。4.1工业机器人编程内容典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter405工艺条件是“机器人+”应用的核心所在，直接关乎企业“机器代人”“机器换人”投资达成率。机器人作业工艺条件的设置主要有三种方法：直接输入，在工艺指令中直接给定工艺参数；间接调用，通过工艺指令调用数据库表格或文件；手动设置，如机器人弧焊作业时焊丝干伸长度和保护气体流量大小。动作次序是机器人系统内部各组成部分之间，以及多个机器人系统之间何时、以何种方式产生协同(或协调)运动的集中体现。动作次序规划直接影响机器人作业效率，简易任务中轨迹与次序规划相互融合。设备间协同运作需兼顾质量、时效与安全，可借助逻辑指令实现协调控制。工艺条件动作次序

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南4.2工业机器人轨迹描述典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter4熟知工业机器人任务编程的核心内容后，针对具体任务应首先进行机器人运动轨迹编程，关键在运动规划，包括路径规划和末端执行器姿态调整两方面。路径规划连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称为路径（Path），而构成路径的策略称为路径规划（PathPlanning）。机器人路径规划是让机器人携带末端执行器在工作空间内找到一条从起点到终点的无碰撞安全路径。为简化编程、快速搭建程序，将运动路径拆解为各类关键位姿并预先设定。原点为作业基准安全位；过渡点用于规避障碍物、优化运动姿态；参考点就近调整工具姿态；作业点则是机器人执行实际操作的位置。末端执行器姿态调整机器人路径规划意在找出机器人完成作业任务所经过的一系列路径点和停止点。上述目标指令位姿除定义机器人末端执行器或工具中心点（TCP）的空间位置外，还包含机器人末端执行器的空间指向（工具姿态）。064.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter407目前常用的工业机器人的编程方法有两种，示教编程（TeachProgramming）和离线编程（Off-lineProgramming）编程方法示教编程工程师手动拖拽或点动示教定位，借助专属语言记录轨迹、工况与动作顺序。示教编程上手简便，还可修正机械误差，但现场操作繁琐低效，存在安全隐患，轨迹精度依赖人工判断。示教编程依托与机器人分离的专业软件搭建作业模型，离线完成机器人轨迹规划与程序编写。相较示教编程，离线编程可缩减停机时间、规避作业风险等，但存在学习成本、简易任务效率偏低等。显然，无论示教编程，还是离线编程，都离不开机器人“示教”“再现”两大环节。示教负责程序编制调试，再现自动运行程序作业4.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter408机器人的编程指令是厂商定制专用编程指令，指令组合参数形成语句，汇总构成作业程序。工业机器人的编程指令包含运动、工艺、信号处理、流程控制和数据运算等五类常用指令。编程指令运动指令运动指令按指定速度与动作类型控制TCP位移，包含关节运动指令、直线运动指令和圆弧运动指令等。机器人运动指令主要由动作类型、位置坐标、运动速度、定位方式和附加选项(可选项)等五大要素构成，不同品牌的机器人的运动指令要素呈现形式有所不同。工艺指令机器人工艺指令是对机器人作业开始和作业结束等控制以及作业工艺条件设置的相关指令，视细分应用领域而不同。码垛指令依托寄存器与垛形计算点位路径，动态修正坐标，实现自动化堆垛作业，包括码垛开始指令、码垛运动指令和码垛结束指令等。焊接指令是指定机器人何时、如何进行焊接的指令，包含焊接开始指令、焊接结束指令和焊接速度指令等。启停指令区间内执行运动语句，机器人即可完成连续施焊。4.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter409编程指令信号处理指令流程控制指令出于工艺流程和安全生产等的考虑，机器人在携带末端执行器完成运动轨迹的同时，需要基于系统感知信息在适时条件下，完成与工艺设备和辅助设备间的合理动作次序。流程控制指令可跳转程序行、调整动作顺序，包含跳转与等待类指令。系统动作规划统筹各类设备运作逻辑。信号指令负责读写交互信号，涵盖数字、模拟及机器人IO指令。在实际任务编程时，机器人信号处理指令的调用既可以与运动轨迹的编程同步，又可以滞后于运动指令。此过程需要经常插入、变更或删除任务程序中已调用的信号处理指令。4.4工业机器人程序创建与验证典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter410基于“示教一再现”原理的工业机器人，其完成作业所执行的运动轨迹、工艺条件和动作次序均靠现场工程师编制的任务程序实现。任务程序构成

任务程序包含两部分：数据声明和指令集合。前者是机器人任务编程过程中形成的相关数据，以规定的格式予以保存；后者是机器人完成具体操作的编程指令程序，一般由行号码、行标识、指令语句和程序结构记号等构成。行号码机器人制造商为提高任务程序的阅读性，以及便于编程员快速定位任务程序指令语句而自行开发的一种数字助记符号。行标识机器人制造商为提高任务程序的阅读性，以及警示编程员关键示教点用途或机器人工具中心点(TCP)运动状态而自行开发的一种图形助记符号。指令语句机器人制造商为让机器人执行特定功能而自行开发的专用编程语言。指令及其参数构成指令语句，若干指令语句的集合构成机器人任务程序。程序结构记号机器人制造商为提高任务程序的阅读性而自行开发的一种文本助记符号，一般包括程序开始记号和程序结束记号。4.4工业机器人程序创建与验证典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter411任务程序编辑

现场工程师需要根据机器人作业的实际效果，合理调整运动轨迹、工艺条件、动作次序。常见的任务程序编辑主要涉及指令位姿和指令语句的编辑。

指令位姿编辑实际任务编程过程中，机器人的路径规划和姿态调整难以做到一蹴而就，需要经常插入、变更或删除指令位姿。指令语句编辑除指令位姿编辑外，工业机器人任务程序编辑还包括指令语句的剪切、复制和粘贴等。任务程序测试编程完成后可单步或连续试运行核验程序，也可空载运行仅校验动作轨迹。按规范分档位逐级提速循环（至少一个）测试，校验无误后再全自动运行。通过程序行标识可以实时了解机器人工具中心点（TCP）的运动状态，如到达指令位姿、沿指令路径运动等。

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南12拓展阅读知识测评学习目标知识地图国之重器Chapter4典型案例知识讲解机器人上下料任务编程冲压依靠设备模具施压塑形成型，应用覆盖多类工业品。工序节奏快易引发事故，机器人自动上下料可有效规避安全风险。策略分析：机器人上下料任务编程尤为注意机器人动作干涉区域的运动安全问题，应通过信号互锁等措施保证机器人本体和核心工艺设备之间动作的唯一性，即机器人动作时，(模拟)压力机保持静止；(模拟)压力机工作时，机器人停止动作。此外，使用机器人抓取、移载和放置(圆形)物料一般需要8~9个目标指令位姿案例要求：采用示教编程，机器人搭载双指夹爪，从长输送机尾端抓取圆形物料，移送至压力机工位；冲压完成后，再转运放置到短输送机首端。13工业机器人离线仿真离线编程依托建模仿真调试程序，生成可执行代码下发设备。不占用真机作业，安全低成本，应用广泛。知识测评学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读典型案例Chapter4离线编程软件是工业机器人应用与研究不可或缺的工具。离线编程软件具备多类实用功能，可直观校验机器人作业状态、评估设备适配性，还能借助仿真动画对接客户，降低项目隐患。真机实训成本高难以普及，Roboguide仿真贴合真机运行逻辑。虚拟现实编程成教学新方向，设备造价低廉，交互体验佳，适配批量技能培训。1.填空题（１）工业机器人的基本工作原理是

，其中“示教”也称为

。（２）工业机器人的运动轨迹按控制方式可分为

和

两种形式。（３）在工业机器人编程中，用于控制机器人工具中心点（TCP）向目标位置运动的指令类型是

。（４）在工业机器人编程中，用于改变机器人控制器向周边设备输出信号状态或读取输入信号状态的指令是

。（５）工业机器人任务程序的构成包含

和

两部分。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读14Chapter4示教-再现导引点到点运动连续路径运动运动指令信号处理指令数据声明指令集合2.选择题（１）工业机器人编程中，（

）用于机器人焊接和码垛等工艺条件设置。Ａ.运动指令

Ｂ.工艺指令

Ｃ.信号处理指令

Ｄ.流程控制指令（２）工业机器人的示教编程通常在()下进行。Ａ.在线编程环境

Ｂ.离线编程环境

Ｃ.手动模式

Ｄ.自动模式（３）工业机器人编程中，用于指定程序跳转地址的指令是()。Ａ.JUMPＢ.LBLＣ.CALLＤ.WAIT15学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter4BAB2.选择题（４）工业机器人任务程序编辑中，若要插入新的指令位姿，正确的步骤是()。Ａ.使用【方向键】移动光标至待插入示教点的下一行Ｂ.直接点按【插入键】Ｃ.使用【上档键】+【运动键】组合键，点动机器人至目标位置Ｄ.按住【安全开关】,记忆目标点16学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter4A2.选择题（５）工业机器人程序测试时，()是用于单步程序验证的。Ａ.连续测试指令语句Ｂ.点按【单步键】激活任务程序单步验证功能Ｃ.激活程序测试运转功能Ｄ.执行全部任务程序的连续测试17学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter4B3.判断