工业机器人应用编程电子教案 任务3.1　自动拾取焊枪工具

教案首页授课人：授课班级授课时间项目名称任务3.1自动拾取焊枪工具任务描述1.小组讨论，学习焊接技术和焊枪工具。2.小组讨论，制订掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令计划。3.独立完成通过编程与示教，实现工业机器人自动拾取模拟焊枪工具的动作过程。授课方式实操教学仿真一体化教学时数6授课方法手段项目教学法：以完成任务为目标来讲解相关知识和技能教学目标知识目标：1．在实践教学中深化职业理想和职业道德教育。2．掌握焊接技术和焊枪工具。3.根据任务要求，定期对ABB工业机器人的焊枪进行修复。能力目标：1．能够掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令。2.实现工业机器人自动拾取模拟焊枪工具的动作过程。教学重点难点重点：1．掌握焊接技术和焊枪工具。难点：1．能够掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令。教学过程设计

分组，引导学生分析工业机器人手动操能够掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令、实操示范，完成任务并进行讨论评价作业布置及辅导完成本单元工作任务见职教云中的班级作业课后小结在实践教学中深化职业理想和职业道德教育。本单元关键是掌握手动操作能够掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令。教师备课纸教学过程与内容：任务3.1:自动拾取焊枪工具一、任务导入为了满足不同作业需求，工业机器人在工作过程中需要自动拾取或更换快换工具，以满足当前作业需要。本任务通过学习焊接技术和焊枪工具，掌握Set、Reset、Waittime等工业机器人基本指令，通过编程与示教，实现工业机器人自动拾取模拟焊枪工具的动作过程。自动拾取模拟焊枪工具的任务流程如图所示：二、知识准备-焊接基本概况-焊接1.焊接焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接通过下列三种途径达成接合的目的：（1）熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力。（2）压焊——焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工。（3）钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。如图所示为手动电弧焊接。2.焊接机器人焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。焊接机器人就是在工业机器人的末端法兰盘安装焊钳或焊（割）枪，使之能进行焊接、切割或热喷涂。弧焊机器人系统一般包括工业机器人、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置，夹持装置上有二组可以轮番进入机器人工作范围的旋转工作台。焊接机器人的基本工作原理是示教与再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个起动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，实际示教与再现。焊接机器人分弧焊机器人和点焊机器人两大类，如图（a）为弧焊机器人，如图（b）为点焊机器人。3.焊枪焊枪是焊接过程中执行焊接操作的部分，用于气焊的工具，形状像枪，前端有喷嘴，喷出高温火焰作为热源的一种焊接工具。焊枪是热风焊接的主要设备之一。由加热元件、喷嘴等组成。按其结构有气焊枪、电焊枪和快速焊枪、自动焊枪之分。根据送丝方式的不同，焊枪可分成拉丝式焊枪和推丝式焊枪两类。如图为工业机器人常用焊枪工具。三、知识准备-焊接基本概况-焊枪分类（1）拉丝式焊枪拉丝式焊枪的主要特点是送丝速度均匀稳定，活动范围大，但是由于送丝机构和焊丝都装在焊枪上，所以焊枪的结构比较复杂、笨重，只能使用直径0.5～0.8mm的细焊进行焊接。（2）推丝式焊枪推丝式焊枪结构简单、操作灵活，但焊丝经过软管时受较大的摩擦阻力，只能采用直径1mm以上的焊丝进行焊接。四、知识准备-Set和Reset指令-Set指令1.Set指令Set指令用于将数字输出信号的值设置为1。如图3-5所示，程序“SetDO8”的功能是将输出信号“DO8”的状态置为1，在本任务中对应实际的效果为打开激光笔。1.Set指令Set指令只有一个参数，就是操作的输出信号对象，并且只是信号的名称，具体对应的物理通道在信号配置中。执行Set指令后，在信号获得其新值之前，存在短暂延迟。如果对信号时序有精确需求，需要继续执行程序直至信号已获得其新值，则可以使用SetDO指令以及可选参数“\Sync”。信号的真实值取决于其配置，如果在系统参数中反转信号，则该指令将物理通道设置为零。2.Reset指令Reset指令用于将数字输出信号的值重置为0。Reset指令的功能与Set指令相反，通常配对使用。如图3-6所示，程序“ResetDO8”的功能是将输出信号“DO8”的状态置为0，本任务中对应实际的效果为关闭激光笔。与Set指令相同，Reset指令也只有一个参数，是操作的输出信号，并且只是信号的名称，具体对应的物理通道在信号配置中。五、知识准备-WaitTime指令WaitTime指令是一种时序控制指令类型，其功能是为了让程序控制各设备之间的配合时间顺序更准确，通常用于需要延长程序运行时间的场合。如图所示，程序“WaitTime1”的功能是执行程序“SetDO8”，等待1秒，再执行“ResetDO8”。例如，从系统控制电磁阀打开气路到气动执行元件完成动作，此过程需要一定的时间，如果不考虑延时，基于气动执行元件完成前提的机器人动作如提前运行有可能产生撞机的危害。因此，使用延时控制指令对于机器人安全运行并按要求完成任务是很有必要的Zonedata是运动指令中Zone参数对应的数据类型，它的各个元素是相关移动的区域数据，而区域数据则描述了所生成拐角路径的大小。Zonedata用于规定如何结束一个位置，即在向下一个位置运动前，工业机器人轴应如何接近编程的位置。工业机器人在运动过程中，判断其是否按照轨迹规划运动到编程位置，以及如何向下一个编程位置运动，可以以停止点或飞越点的形式来终止一个位置。停止点意味着机械臂和外轴必须在使用下一个指令来继续程序执行之前达到指定位置（静止不动），同时可定义除预定义fine以外的停止点。可通过使用stoppointdata来操作停止标准，该停止标准说明是否认为机械臂已达到有关点。飞越点意味着从未达到编程位置，而是在达到该位置之前改变运动方向。可针对各位置定义两个不同的区域（范围）：TCP路径区域、有关工具重新定位和外轴的扩展区。一旦达到区域边缘，随即产生角路径（抛物线），一旦TCP达到扩展区域，随即开始重新定位，如图3-8所示。重新定位工具，以便方位相同，使得区域在停止点编程完毕时位于相同位置。如果区域半径有所增加，则重新定位将更为顺利，且降低速率以实施重新定位的风险会变低。六、知识准备-Zonedata如图（a），显示了三处编程位置，最后一处具有不同的工具方位。如图（b），显示了所有位置均为停止点时的程序执行情况。如图（c），显示了中间位置为飞越点时的程序执行情况。将从停止点和飞越点的运行比较，使用飞越点运行程序会偏离编程位置。那么，对于一些需要到达精确位置的运行程序来说，必须使用停止点来避免因位置偏移造成的碰撞。在ABB机器人系统中已经预定义了一部分区域数据，使用时直接选择即可。普通用户建议不要自定义区域数据。如图所示，定位类型设定为fine，fine是预定义的停止点，其它预定义值见下表。七、任务实施-规划拾取工具轨迹-路径规划规划拾取工具轨迹：工业机器人在自动拾取工具运行时，需要确定几个关键位置点，包括jpos10原点位置、p10过渡点位置、p12接近点位置和p13拾取点位置，其中jpos10的位置数据为：（0°，0°，0°，0°，90°，0°），p10、p11、p12需现场示教，如图所示。工业机器人完成从原点位置自动拾取工具的轨迹为：jpos10→p10→p12→p13，工业机器人拾取完工具后自动返回原点位置的轨迹为：p13→p12→p10→jpos10，其中jpos10→p10执行的动作方式为关节动作（MoveJ），p10→p11、p11→p12、p12→p11、p11→p10执行的动作方式为直线动作（MoveL），p10→jpos10执行的动作为绝对方式关节动作（MoveAbsJ）。创建程序保存为L1P3T1，编写工业机器人自动拾取快换工具的程序如下所示：表3-2自动拾取快换工具程序（qu_gongju程序）。八、任务实施-手动模式调试拾取工具-松开快换工具1.强制松开锁紧装置为防止工业机器人取放工具时发生工具碰撞或掉落，须提前强制松开锁紧机构，手动取下工业机器人末端工具，具体操作步骤如下所示：Step1：单击ABB菜单，选择“输入输出”。Step2：进入输入输出界面，单击右下角“视图”，在弹出列表中选择“数字输出”。Step3：选中“YV1”，修改YV1值为1，强制输出，松开快换工具主盘锁紧机构。Step4：快换工具主盘钢珠缩回，松开锁紧机构状态。九、任务实施-手动模式调试拾取工具-设置原点2.输入原点位置数据jpos10原点位置数据需要用户创建，采用直接输入法，输入数据（0°，0°，0°，0°，90°，0°）定义原点位置。具体步骤如下。Step1：单击ABB菜单，单击“程序数据”。Step2：进入数据类型选择画面，双击“jointtarget”数据类型。Step3：在jointtarget数据类型界面，单击“新建”。Step4：弹出jpos10数据设定窗口，参数不做修改，单击“确定”。Step5：修改“rax_5”为90，单击“确定”。Step6：jpos10原点数据设定完成十、任务实施-手动模式调试拾取工具-示教点3.记录关键位置数据在工业机器人拾取工具的任务中，主要记录过渡点p10、接近点p11和拾取点p12三个关键位置数据。具体操作步骤如下：Step1：大地坐标系下将机器人手动移动到过渡点p10（位置自定义）。Step