KUKA机器人应用技术-课件 项目 7 KUKA 机器人变量及流程控制

KUKA机器人变量应用项目7·任务7.1项目7·KUKA机器人应用技术目录010203任务导入任务目标知识储备任务实施0405任务小结假如你是一名自动化工程师，需要深入理解KUKA机器人编程中的变量类型及其使用场景。在编写程序时，你会遇到简单的数值变量、复杂的数组和字符串、结构数据以及系统预定义的变量。为了确保程序的灵活性和效率，你需要根据不同的任务需求，选择合适的变量类型并正确使用它们。任务7.1｜KUKA机器人变量应用任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人变量的定义、数据类型及在编程中的作用。◆（2）学会如何在KUKA机器人程序中声明和初始化变量，学习使用数组和结构等复合数据类型。能力目标◆（1）能够独立编写包含变量声明、赋值、逻辑控制的KUKA机器人程序。◆（2）能够在编程中灵活运用变量。素养目标◆（1）使学生养成在编程中严谨定义和使用变量的习惯，避免因变量错误导致程序故障。◆（2）培养学生追求编程细节的完美，注重程序的效率与可维护性。任务7.1｜KUKA机器人变量应用任务目标1.KRL变量基础（1）变量概述。1）变量是用于存储数据的容器，这些数据在机器人程序运行过程中可被读取和修改。2）每个变量都在控制器的存储器中有一个指定的存储位置。3）每个变量都有一个非KUKA关键词的名称。4）每个变量都属于一个专门的数据类型。5）在使用前必须声明变量及其数据类型。6）在KRL中，变量可分为局部变量和全局变量。（2）变量的命名规范。1）KRL中的变量名称长度最多允许24个字符。2）KRL中的变量名称允许包含字母（A~Z）、数字（0~9）以及特殊字符“_”和“$”。3）KRL中的变量名称不允许以数字开头。4）KRL中的变量名称不允许为关键词。5）KRL中的变量名称不区分大小写。（3）KRL的数据类型。1）简单数据类型（如INT、REAL、BOOL、CHAR等）。2）数组。3）枚举数据类型（ENUM）。4）复合型数据类型。5）KUKA系统数据。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备2.KRL标准数据类型KRL预定义的标准数据类型有4种。INT：整数类型，数值范围为-231～231-1。REAL：实数类型，数值范围为±1.1×10-38～±3.4×1038。BOOL：布尔类型，数值为TRUE或FALSE。CHAR：字符类型，存储单个字符，通常为ASCII或ISO字符集中的一个字符。（1）变量的声明。在使用变量前必须进行声明和指定变量的类型，变量声明的关键词为DECL，对于KRL预定义的标准数据类型，DECL声明关键字可以省略。变量声明的位置有以下三种选择：1）在SRC程序文件中进行声明。2）在DAT数据文件中进行声明。3）在$CONFIG.DAT文件中声明。（2）变量初始化。变量仅完成声明未初始化时，系统会为其分配一块内存存储单元，此时变量中存放无效值。因此，在声明变量后，必须对其进行初始化。根据变量声明位置的不同，其初始化形式也有所区别：在SRC程序文件中，声明和初始化必须在两个独立的行中进行；在DAT数据文件中，声明和初始化可以在同一行内完成。（3）变量运算。1）比较运算。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备通过比较运算可以构成逻辑表达式，该运算方式针对的是标准数据类型。比较运算的结果为布尔型数据，见表7-1。2）逻辑运算，见表7-2。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备3.复杂数据类型：Arrays（数组）（1）KRL数组。数组（Arrays）可为具有相同数据类型并通过下标区分的多个变量提供存储位置。1）数组的存储位置是有限的，即最大数组的大小取决于数据类型所需的存储空间大小。2）在声明时，数组大小和数据类型必须已知。3）KRL中的起始下标始终从1开始。4）初始化始终可以逐个进行。5）在SRC文件中的初始化也可以采用循环方式进行。（2）数组维数。数组维数有：1）一维数组，如dimension1[4]=TRUE。2）二维数组，如dimension2[2,1]=3.25。3）三维数组，如dimension1[3,4,1]=21。KRL不支持四维及四维以上的数组。（3）数组变量的声明和初始化。数组变量的声明和初始化有以下三种方式：1）在SRC文件中进行声明和初始化。2）在DAT文件中进行声明和初始化。3）在DAT文件中进行声明，在本程序模块的SRC文件中初始化。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备4.复杂数据类型：结构（STRUC）（1）结构变量。1）用数组可将同种数据类型的变量汇总。但实际上，大多数变量是由不同数据类型构成的。2）用关键词STRUC可自行定义一个结构。3）结构是将多个不同数据类型的变量组合成一个新的复合数据类型。4）一种结构必须经过定义才能使用。（2）KUKA机器人系统变量的结构数据类型。KUKA机器人系统中存在很多已经定义好结构数据类型的系统变量，如结构数据类型的位置变量，以下是4种常见的系统位置变量的结构数据类型：1）E6AXIS：STRUCE6AXISREALA1,A2,A3,A4,A5,A6,E1,E2,E3,E4,E5,E6。2）FRAME：STRUCFRAMEREALX,Y,Z,A,B,C。3）POS：STRUCPOSREALX,Y,Z,A,B,C。4）E6POS：STRUCE6POSREALX,Y,Z,A,B,C,E1,E2,E3,E4,E5,E6,INTS,T。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备5.系统数据类型系统数据类型是KUKA机器人系统中预定义的变量，用于读取和反映系统的运行状态。系统数据无须声明可直接使用。（1）变量监视设置。按下主菜单按键，在菜单中选择“显示|变量|单个”。如图7-2所示，可以监视某个变量的值。（2）举例说明。系统变量是全局变量，在控制器运行期间持续存在且保持其值，可随时查看当前的值。下面以$MODE_OP（机器人运行方式）、$POS_ACT（当前机器人位置）、$DATE（当前时间和日期）、$ACT_TOOL（机器人当前工具号）”为例进行说明。1）$MODE_OP（机器人运行方式）。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-2变量监视知识储备机器人在不同的运行方式下，$MODE_OP的值会不同，如图7-3所示，机器人的4种不同运行方式对应不同系统变$MODE_OP的值。系统变量也可以作为条件的判断对象。2）$POS_ACT（当前机器人位置）。$POS_ACT存储机器人当前状态的位置信息，因此，该变量的值是时刻更新的$POS_ACT值的查看方式如图7-4所示。3）$DATE（当前时间和日期）。$DATE值的查看方式如图7-5所示，输入$DATE即可显示当前时间和日期。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-3$MODE_OP变量图7-4$POS_ACT变量图7-5$DATE变量知识储备4）$ACT_TOOL（机器人当前工具号）。输入$ACT_TOOL即可显示机器人当前工具号，如图7-6所示。图7-6$ACT_TOOL变量。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-6$ACT_TOOL变量知识储备【小提示】（1）注意区分全局变量（在DAT文件中声明）与局部变量（在程序内声明），避免因作用域混淆导致逻辑错误。（2）使用英文或拼音命名变量，并添加注释说明用途，便于后期维护。（3）变量首次使用前务必赋值。【注意事项】（1）在声明变量时，注意变量名的命名规范。（2）在使用全局变量时，需考虑其对程序其他部分的影响，避免数据冲突。（3）对于复杂逻辑，建议使用注释说明变量用途，提高代码可读性。【知识之窗】常用的系统变量如下：（1）$ADVANCE：运动指令语句预读行数。（2）$ACT_BASE：当前的基坐标号。（3）$ACT_TOOL：当前工具号。（4）$FLAG[]：全局运算标志。（5）$DATE：当前的日期和时间。（6）$IN[]：数字输入信号的状态。（7）$MODE_OP：当前的操作员模式。（8）$OUT[]：数字输出信号的状态。（9）$POS_ACT：当前机器人TCP的位置。（10）$TIMER：计时器。（11）$TIMER_STOP：控制定时器的启动（FALSE）与停止（TRUE）。（12）$OV_PRO：设置程序的全局速度比例。任务7.1｜KUKA机器人变量应用知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。实施过程如下：（1）在SRC文件中创建变量。1）使用专家用户组权限。2）将DEF行显示出来。3）在编辑器中打开对应的SRC文件。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-7在SRC文件中创建变量任务实施4）按要求声明变量，如图7-7所示。5）关闭并保存程序。（2）在DAT文件中创建变量。1）使用专家用户组权限。2）在编辑器中打开DAT文件，如图7-8所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-7在SRC文件中创建变量图7-8在DAT文件中创建变量任务实施3）按要求声明变量。4）关闭并保存数据列表。（3）在$config.dat文件中创建变量。1）使用专家用户组权限。2）在编辑器中打开System文件夹中的$config.dat，如图7-9所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-9$config.dat文件位置任务实施3）选择“USERGLOBALS”，然后单击“打开/关闭折合”按钮将其打开，如图7-10所示。4）声明变量，如图7-11所示。5）关闭并保存数据列表。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-10打开“USERGLOBALS”图7-11声明变量任务实施4.案例一：循环运行轨迹并计数。每完成一次循环计数加1，当计数器数值大于5时，程序跳出该循环。实施过程如下：1）新建一个“TraceLoop”程序，如图7-12所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-12新建“TraceLoop”程序任务实施2）进行计数变量的声明，如图7-13所示。3）初始化变量，如图7-14所示。4）进行轨迹程序编写，如图7-15所示，根据实际路径编写机器人的循环轨迹程序。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-13声明变量Count图7-14初始化变量图7-15循环轨迹编程任务实施5）添加循环指令，如图7-16所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-16添加循环指令任务实施6）添加计数和判断。当计数大于5次时，跳出循环，如图7-17所示。7）使机器人运行至过渡点后回到HOME点，如图7-18所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-17添加计数和判断图7-18机器人运行回到HOME点任务实施5.案例二：利用KUKA机器人偏移实现如图7-19所示最上层方形轨迹的编程，实施过程如下：1）新建一个“TraceOffset”程序，如图7-20所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-19偏移轨迹案例图7-20新建“TraceOffset”程序任务实施2）进行位置点变量的声明，将4个需要偏移的目标点命名为p100、p200、p300、p400，数据结构类型为POS类型，如图7-21所示。3）添加过渡点，如图7-22所示。4）到达轨迹开始点P3，如图7-23所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-21位置点变量声明图7-22添加过渡点图7-23到达轨迹开始点P3任务实施5）取用P3点的位置信息，注意联机表单的P3点在KRL编程中的变量名称为xp3，将其点位的信息赋值给p100，如图7-24所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-24将P3点位信息赋值给p100任务实施6）通过偏移计算得到新的点位，如图7-25所示，新的p100在P3位置的基础上沿Y轴方向上偏移150mm。7）添加运行速度KRL语句。机器人的运行速度为0.5m/s，如图7-26所示。8）使机器人以直线方式运行到p100，如图7-27所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-25Y轴方向上偏移150mm图7-26机器人运行速度图7-27以直线方式运行到p100任务实施9）继续通过计算偏移得到下一个点位信息，同理计算得到p200、p300、p400的点位信息，并以0.5m/s的速度运行，如图7-28所示。10）最上层方形轨迹已完整实现，其余的轨迹也同理可以计算得出，同学们可自行编写。11）使机器人经过过渡点最后回到HOME点，程序如图7-29所示。任务7.1｜KUKA机器人变量应用图7-28计算其余三点位置信息图7-29机器人运行到HOME点任务实施（1）掌握KUKA机器人变量的定义、数据类型及在编程中的作用。（2）学会如何在KUKA机器人程序中声明和初始化变量，学习使用数组和结构等复合数据类型。（3）能够独立编写包含变量声明、赋值、逻辑控制的KUKA机器人程序。（4）能够在编程中灵活运用变量。任务7.1｜KUKA机器人变量应用任务小结KUKA机器人流程控制项目7·任务7.2项目7·KUKA机器人应用技术目录010203任务导入任务目标知识储备任务实施0405任务小结通过流程控制语句（循环、分支）可以实现机器人动作的动态调整与异常响应，确保生产任务高效、安全执行。具体包括：（1）设计循环逻辑，在满足外部信号条件时跳出循环并触发报警。（2）根据操作模式（T1/AUT）切换机器人运动轨迹，适配生产与维护需求。任务7.2｜KUKA机器人流程控制任务导入知识目标◆（1）熟悉常见的流程控制结构，如顺序结构、条件结构（IF语句）、循环结构（LOOP）。◆（2）学习使用SWITCH...CASE指令实现多分支选择。能力目标◆（1）能够独立编写包含条件判断与循环结构的KUKA机器人程序。◆（2）具备解决流程控制相关编程问题的能力，如死循环、逻辑错误等。素养目标◆（1）使学生养成在流程控制中严谨设计逻辑结构的习惯，避免因逻辑错误导致程序故障。◆（2）在调试与优化过程中，培养学生秉持精益求精的态度，不断提升编程水平。任务7.2｜KUKA机器人流程控制任务目标1.IF...THEN...ENDIF...（1）说明。1）条件分支。取决于条件，执行第一个指令块（THEN块）或第二个指令块（ELSE块），然后在ENDIF后继续程序。2）允许缺少ELSE块。当条件不满足时，在ENDIF后立即继续程序。指令块中的指令数量没有限制，可以相互嵌套多个IF指令。分支程序流程如图7-31所示。（2）句法格式。IF条件THEN指令<ELSE指令>ENDIF任务7.2｜KUKA机器人流程控制知识储备2.LOOP...ENDLOOP：编程设定连续循环（1）说明。此循环可对指令块进行无条件的无限重复执行，可通过EXIT指令退出循环，且支持嵌套结构。在嵌套循环中，程序每执行一次外层循环，内层循环将完整执行一遍。连续循环程序流程如图7-32所示。（2）句法格式。LOOP指令ENDLOOP（3）示例。执行循环，直到输入端$IN[30]变为TRUE。LOOPLINP1LINP2IF$IN[30]==TRUETHENEXITENDIFENDLOOP任务7.2｜KUKA机器人流程控制知识储备3.SWITCH...CASE...ENDSWITCH：多重分支编程（1）若需要区分多种情况并为每种情况执行不同的操作，则可用SWITCH...CASE...ENDSWITCH指令达到目的。（2）SWITCH指令用于区分各种情况。（3）SWITCH指令中，所传递的变量或表达式将作为选项开关，用于跳转至指令块中预定义的相应CASE指令中。（4）如果SWITCH指令未找到预定义的CASE，则运行default（默认）段。SWITCH...CASE分支程序流程如图7-33所示。任务7.2｜KUKA机器人流程控制知识储备【小提示】（1）在编写流程控制语句时，建议先绘制流程图，厘清逻辑关系后再编写代码。（2）对于复杂的条件判断，可以将其拆分为多个简单的IF语句，提高代码可读性。（3）在使用循环结构时，注意控制循环变量的变化，避免出现死循环。【注意事项】（1）在使用IF语句时，注意条件的逻辑关系，避免出现逻辑错误。（2）在使用循环结构时，注意循环变量的初始化与更新，确保循环的正常执行。（3）对于复杂的流程控制逻辑，建议使用注释说明其设计思路，提高代码可读性。【知识之窗】（1）在逻辑表达式中，“IFno_error==TRUETHEN”也可以简化为“IFno_errorTHEN”。省略始终表示比较为真（TRUE）。（2）无限循环可直接用EXIT语句退出。用EXIT语句退出无限循环时必须注意避免碰撞，如果两个无限循环嵌套，则需要两个EXIT指令以退出两个循环。任务7.2｜KUKA机器人流程控制知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。实施过程如下：（1）轨迹循环实例：当满足等待信号条件时，跳出循环。1）新建一个“Trace_Loop1”程序，如图7