工业机器人应用编程电子教案 任务3.3　工业机器人模拟焊接

教案首页授课人：授课班级授课时间项目名称任务3.3工业机器人模拟焊接任务描述1.小组讨论，通过学习RAPID语言，掌握RAPID数据类型和程序结构。2.小组讨论，制订提高程序的易读性与维护的便捷性。3.独立完成通过编程与示教，实现工业机器人采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应。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．专业发展趋势、从国内外发展水平对比中，引导学生确立竞争意识，培养创新精神。2．掌握提高程序的易读性与维护的便捷性。3.通过学习RAPID语言，掌握RAPID数据类型和程序结构。能力目标：1．能够采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应用。2.以主程序为框架调用其它流程或功能的子程序，从而完成复杂的整体任务。教学重点难点重点：1．通过学习RAPID语言，掌握RAPID数据类型和程序结构。难点：1．能够采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应用。教学过程设计

分组，引导学生分析工业机器人采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应用、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专业发展趋势、从国内外发展水平对比中，引导学生确立竞争意识，培养创新精神。本单元关键是掌握手动操作能够采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应用。教师备课纸教学过程与内容：任务3.3:工业机器人模拟焊接一、任务导入在工业应用中，工业机器人程序一般以结构化、模块化的形式组织编制，可提高程序的易读性与维护的便捷性。通常以子程序的形式编写各个相对独立的流程或功能，以主程序为框架调用其它流程或功能的子程序，从而完成复杂的整体任务。本任务通过学习RAPID语言，掌握RAPID数据类型和程序结构，采用子程序调用方法实现模拟焊接编程应用。二、知识准备-RAPID语言RAPID是ABB工业机器人平台使用的语言，具有很强的组合性。程序的编写风格类似于VB和C语言，但与Python、C#等面向对象的语言有很多差别。RAPID语言和高级语言的对比说明如下：1.数据格式C语言有Int、Strig等数据格式，RAPID语言也有类似的数据格式，如Num、DNum字符串等常用的数据格式。RAPID有常量（CONST）和变量（PERS，VAR），有全局变量和局部变量，也可预定义变量。2.数学表达式RAPID和其他编程语言都有完整的数学表达式，除了加、减、乘、除之外，还有取余和取整。另有矢量的加减（Pos-Pos）、矢量的乘法（Pos*PosOrPos*N）和旋转的链接（Orient*Orient）。3.指令集RAPID和一般编程语言，尤其是VB很相似，都有判断（IF，TEST）、循环（FORANDWHILE）、返回（RETURN）、跳转（GOTO）和停止（STOP）等，还有常用的等待函数WaitTime、WaitUnti（有条件的等待）、WaitDI和WaitDO（等待数字信号）等，有数据转换指令StrTOByte、ByteToSt、ValToStr和StrToVal。4.数学公式RAPID语言的数学公式有赋值、绝对值（ABS）、四舍五入（ROUND）、平方（Sqrt）和正弦余弦等，还有欧拉角、四元素的转换函数（EulerZYXandOrientZYX）和姿态矩阵的运算（PoseMult，PosVect）。5.程序函数RAPID语言和其他编程语言相似，也有函数，可分为有返回值的函数和没有返回值的函数，返回的数值类型可以用户自定义，但只能返回一种数据类型，数量也只能是一个，也可采用全局变量、字符串或有多个变量的数值类型作为返回值。例如，要返回三个整数数据，则可以返回一个Pos类型。6.系统和时间RAPID语言有简单的读取系统时间和日期的函数，可用于简单的计时和记录日志时写下日期。7.文件操作RAPID语言有简单的文件操作，包含的指令有创建文件夹（MakeDir）、删除文件夹（RemeDIr）、打开关闭（OpenDirandCloseDir）、复制和检索等。三、知识准备-RAPID数据RAPID数据是在RAPID语言编程环境下定义的用于存储不同数据类型信息的数据结构类型。RAPID语言定义了上百种工业机器人可能用到的数据类型，存放编程需要的各种类型常量和变量。另外，RAPID语言允许用户根据这些已定义好的数据类型，依照实际需求创建新的数据结构类型。RAPID数据按照存储类型可分为变量（VAR）、可变量（PERS）和常量（CONTS）。变量在定义时可以赋值，也可以不赋值。1.变量VAR变量型数据在程序执行的过程中和程序停止时，保持当前的值。但如果程序指针被移到主程序后，则数值会丢失。在工业机器人执行的RAPID程序中可以对变量存储类型程序数据进行赋值的操作。变量应用举例：VARnumlength：=0；名称为length的数字型数据，赋值为0VARstringname：=“John”；名称为name的字符型数据，赋值为JohnVARboolfinish：=FALSE；名称为finish的布尔型数据，赋值为FALSE2.可变量PERS可变量PERS最大的特点是无论程序的指针如何，都会保持最后被赋的值。可变量应用举例：PRESnumber:=1；名称为number的数字型数据PRESstringtest：=“hello”；名称为hello的字符型数据在工业机器人执行的RAPID程序中也可以对可变量存储类型数据进行复制操作，在程序执行后，赋值的结果会一直保持，直到对其进行重新赋值。3.常量CONST常量的特点是在定义时已赋予了数值，不能在程序中进行修改，除非手动修改。常量应用举例：CONSTnumgravity:=9.81；名称为gravity的数字型数据CONSTstringgravity:=“hello”；名称为gravity的字符型数据4.常用RAPID数据类型根据不同的数据用途，可定义不同的数据类型，下表所示为ABB工业机器人系统中常用的数据类型。四、知识准备-程序结构ABB工业机器人程序结构有3个层级，分别为程序、模块和例行程序。程序是描述整个任务的结构，系统一般只能加载1个程序运行（多任务需要系统选项支持）。例行程序则是执行具体任务的程序，它是编程的主要对象，是指令的载体。模块是例行程序的管理结构，可以将例行程序按照需要进行分类和组织。在创建程序时，系统自动生成3个模块：MainModule、BASE和user模块，如图（a）所示。其中BASE和user为系统模块，BASE模块禁止用户操作，在user模块中，用户可创建例行程序。BASE和user模块为所有程序共用，一般将例行程序存放到程序模块中。除了自动生成的MainModule模块，为便于程序管理，用户可根据需要自行创建其它程序模块。在MainModule模块，系统自动生成了main例行程序，如图(b)所示。main例行程序是程序入口，程序执行时从main例行程序首行开始运行。1个程序可以包含多个模块，1个模块可以包含多个例行程序。不同模块间的例行程序根据其定义的范围可互相调用。ProcCall指令用于将程序执行转移至另一个无返回值程序。当执行完成无返回值程序后，程序执行将继续过程调用后的指令。通常有可能将一系列参数发送至新的无返回值程序。无返回值程序的参数必须符合以下条件：• 必须包括所有的强制参数。• 必须以相同的顺序进行放置。• 必须采用相同的数据类型。• 必须采用有关于访问模式（输入、变量或永久数据对象）的正确类型。程序可相互调用，并可反过来调用另一个程序；程序也可自我调用，即递归调用。允许的程序等级取决于参数数量，通常允许10级以上。实例1： MoveJp10,v1000,z50,tool0; Routine1; MoveJp20,v1000,z50,tool0;以上程序实例，MoveJp10程序行执行完成后，调用Routine1无返回值程序并执行。待Routine1程序执行完成后，继续执行MoveJp20程序行.ProcCall指令并不显示在程序行内，只显示被调用的程序名称。五、任务实施-规划焊接工件轨迹本任务需完成两个钢管连接处的焊接，焊接轨迹等效为四个圆弧轨迹，如图所示。要完成如上焊接任务，需要完成9个关键位置点的示教，其中p21为准备点，p20、p30、p40、p50、p60、p70、p80、p90为8个焊接关键位置点。p20、p30和p40构成第一个圆弧，p40、p50和p60构成第二个圆弧，p60、p70和p80构成第三个圆弧，p80、p90和p20构成第四个圆弧。1.创建程序结构本任务需要创建主程序main，qu_gongju、fang_gongju和hanjie三个子程序，创建步骤如下所示。Step1：单击ABB菜单，打开“程序编辑器”新建程序，单击“任务与程序”进入任务与程序界面。Step2：将程序另存为“L1P3T3”保存到主页，单击“显示模块”。Step3：单击“文件”，在弹出列表中选择“新建模块”。Step4：在弹出的系统提示窗口单击“是”。Step5：在模块定义窗口输入名称和类型参数，单击“确定”。“名称”：单击“ABC”可输入模块名称。“类型”：单击下拉列表，选择模块类型。“Program”为程序模块。Step6：选中“MainModule”模块，单击“显示模块”，返回“程序编辑器”窗口。如果模块下有多个例行程序，会出现例行程序的管理窗口。Step7：单击例行程序栏进入例行程序管理界面，单击“文件”，在弹出列表选择“新建例行程序”。Step8：在“例行程序声明”界面，更改程序名称为“qu_gongju”，其余参数不变，单击“确定”完成。Step9：按同样方法创建“fang_gongju”和“hanjie”例行程序。六、任务实施-编写模拟焊接程序1.编写焊接程序完成工业机器人取模拟焊接工具、进行模拟焊接、放置模拟焊接工具的任务，需要编写main、hanjie、qu_gongju和fang_gongju四个例行程序，程序及说明见下表。表（a）main程序及说明表（b）fang_gongju程序及说明表（c）hanjie程序及说明2.记录关键位置数据本任务主要记录1个准备点和8个焊接点的位置，具体方法如下所示：Step1：设置工具坐标“tool1”，手动操作工业机器人至准备点p21位置，记录数据。Step2：手动操作机器人记录焊接点p20位置数据。Step3：手动操作机器人记录焊接点p30位置数据。Step4：手动操作机器人记录焊接点p40位置数据。其它焊接点位置数据同步骤2-4，共需完成8个焊接点位置数据记录。七、任务实施-自动运行模拟焊接程序工业机器人设置为自动模式运行程序的操作步