KUKA机器人应用技术-课件 项目 8 KUKA 机器人离线编程应用

KUKA机器人仿真工作站创建项目8·任务8.1项目8·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机器人工程师，负责为一家制造企业设计和模拟一个新的机器人工作站。该工作站将用于自动化装配线上的零件组装任务。你的任务是使用KUKA机器人仿真软件，创建一个虚拟工作站，并对其进行测试，以确保其满足生产需求。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建任务导入知识目标◆（1）理解KUKA机器人仿真软件KUKA.SimPro的基本功能。◆

（2）掌握在KUKA.SimPro中创建机器人工作站的步骤，包括创建项目、导入机器人模型、设置坐标系等。能力目标◆（1）培养学生根据实际任务需求设计合理工作站布局的能力，能够分析任务流程，选择合适的机器人和设备。◆

（2）通过仿真验证工作站布局，培养学生发现问题（如碰撞、运动干涉等）并解决问题的能力。素养目标◆（1）强调工作站创建和仿真验证的严谨性，使学生养成在设计和验证过程中注重细节、追求完美的职业素养。◆

（2）在工作站布局和仿真验证过程中，强化学生的安全意识，确保机器人和设备的运动符合安全规范，避免碰撞和事故。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建任务目标1.工作站设计（1）考虑机器人运动范围、工件尺寸、操作流程、安全距离等因素，进行工作站的合理布局。（2）根据负载、工作范围、精度、速度等要求，选择合适的机器人型号。（3）设计安全围栏、安全门、急停按钮等安全防护装置，确保操作人员安全。2.软件操作（1）创建虚拟工作环境，导入机器人模型、工件模型、外围设备模型等。（2）设置机器人参数，如工具坐标系、工件坐标系等。（3）规划机器人运动轨迹，并进行仿真测试。3.程序仿真（1）编写机器人程序，实现特定工艺流程。（2）在仿真软件中对程序进行调试，确保其正确性和可靠性。【小提示】（1）在创建仿真工作站前，需明确工作站要模拟的实际工业场景。（2）在规划机器人、夹具、变位机、传送带等设备的布局时，要预留足够的安全空间。根据KUKA机器人的工作范围和运动特性，确保在运行过程中不会与周边设备发生碰撞。【注意事项】（1）确保仿真模型与实际设备一致，避免仿真结果与实际情况出现偏差。（2）注意安全防护装置的设计和安装，避免发生安全事故。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建知识储备【知识之窗】（1）KUKA.SimPro具备强大的三维建模、路径规划和运动仿真功能。支持多种KUKA机器人型号的导入与编程，能精确模拟机器人的运动轨迹、速度和加速度。同时，软件内置丰富的标准模型库，方便用户快速搭建仿真工作站。（2）利用KUKA.SimPro软件内置的模型库或辅助建模软件，创建机器人本体、周边设备和虚拟场景的基础模型。在建模过程中，要严格按照实际设备的尺寸和规格进行操作，确保模型的准确性。（3）将创建好的模型导入虚拟场景，根据规划方案进行布局调整。注意机器人与周边设备之间的安全距离和干涉情况，避免在仿真过程中出现碰撞。同时，要考虑操作人员的活动空间和人机交互的便利性。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建知识储备实施地点：工业机器人虚拟仿真实训室。实施设备：虚拟仿真计算机设备。实施过程如下：（1）打开KUKA.SimPro软件，依次选择“电子目录|公共模型|KUKA_ROBOTS|LowPayloads”，选择型号为“KR10R1420”的机器人，双击导入该机器人，如图8-2所示。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建图8-2导入KUKA机器人任务实施（2）单击该机器人，即可将其选中，从右侧“组件属性”栏可以看到机器人坐标，如图8-3所示。鼠标滚轮可以放大与缩小机器人，长按鼠标右键可以旋转机器人，同时按住鼠标左键和右键可以平移机器人。（3）单击菜单栏“移动”按钮，按照箭头的指向方向可移动机器人。垂直向外为X轴正方向，向右为Y轴正方向，向上为Z轴正方向，如图8-4所示。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建图8-3鼠标操作图8-4移动机器人任务实施（4）将鼠标悬停在右侧坐标位置时，“组件属性”面板中会显示“重置”选项，如图8-5所示，单击“重置”按钮，机器人就会返回至（0,0,0）位置。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建图8-5重置机器人任务实施（5）单击“开始”菜单中的“交互”按钮，可以单独操作机器人的A1~A6轴，如图8-6所示。（6）单击“重置”按钮，如图8-7所示，机器人回到初始状态。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建图8-6单独操作机器人A1~A6轴图8-7重置机器人任务实施（1）理解KUKA机器人仿真软件KUKA.SimPro的基本功能。（2）培养学生根据实际任务需求设计合理工作站布局的能力，能够分析任务流程，选择合适的机器人和设备。任务8.1｜KUKA机器人仿真工作站创建任务小结KUKA机器人搬运仿真项目8·任务8.4项目8·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家新能源电池制造企业的自动化工程师，该企业计划引入一套KUKA机器人搬运系统，用于新款动力电池模组的生产线上下料——将电芯从料盘抓取至装配工位，再将装配完成的模组搬运至检测线。你的任务是设计并验证一套高效的搬运机器人工作站。由于实际生产线尚未搭建，直接进行现场测试会耗费大量时间和成本，因此，需要在虚拟环境中验证搬运方案的可行性。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真任务导入知识目标◆（1）能够在KUKA.SimPro中创建搬运仿真工作站，包括导入机器人模型、配置末端夹持工具、添加物料输送设备和待搬运工件模型。◆

（2）掌握搬运场景下离线编程的基本方法，能够在仿真环境中完成搬运程序的调试，并生成可用于实际机器人的程序代码。能力目标◆（1）培养学生根据实际搬运任务需求设计仿真工作站的能力，能够合理布局输送线、抓手、工件台等设备，并规划高效的搬运轨迹。◆（2）通过仿真验证和优化，培养学生发现并解决搬运程序中潜在问题的能力，如工件抓取不稳、机器人与周边设备碰撞、搬运节拍过长等。素养目标◆（1）强调仿真验证过程的严谨性，使学生养成注重细节、追求高效的职业素养，确保搬运程序的准确性、稳定性和高效性。◆

（2）在仿真和实际操作中，强化学生的安全意识，确保搬运过程符合安全规范，避免工件掉落、设备碰撞等潜在风险。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真任务目标1.搬运仿真基础知识搬运是工业机器人最基础的应用场景之一，工业机器人通过末端执行器（如气动夹爪、真空吸盘、磁吸抓手等）抓取工件，按照预设轨迹将工件从起始位置精准移至目标位置。搬运适用于汽车、电子、物流等行业的物料上下料、码垛、分拣等任务，具有替代人工、提升效率、降低出错率的特点。2.KUKA机器人搬运系统的组成（1）机器人本体：如KR16、KR120等，根据负载、工作半径需求选择适配型号。（2）末端执行工具：包括气动夹爪、真空吸盘等。（3）辅助设备：输送线（皮带线、滚筒线）、工件定位台、码垛架、安全围栏等。【小提示】（1）确保末端执行工具的TCP准确标定，TCP应与工件抓取中心点重合，否则会导致工件抓取偏移或掉落。（2）合理规划搬运路径和抓取/放置顺序，减少机器人空行程和等待时间，提升整体节拍效率。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真知识储备【注意事项】（1）确保机器人模型、末端执行参数与真实设备一致（如抓手开合行程、夹持力、负载重量等），避免仿真与实际不符。（2）验证工件坐标系的标定准确性，尤其是码垛场景中多层工件的坐标偏移补偿。（3）在仿真中需模拟抓手夹持检测、工件到位检测等逻辑，以及机器人轴限位、安全区域限制，培养规范操作习惯。【知识之窗】KUKA机器人搬运末端抓手按照抓取方式，可分为夹持式抓手（气动夹爪、电动夹爪）、吸附式抓手（真空吸盘、磁吸抓手）、钩挂式抓手；按适配工件类型，可分为通用型抓手（适配规则形状工件）和定制型抓手（适配异形工件）；按驱动方式，可分为气动抓手（成本低、响应快）、电动抓手（精度高、可控性强）、液压抓手（夹持力大、适配重载工件）。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真知识储备实施地点：工业机器人虚拟仿真实训室。实施设备：虚拟仿真计算机设备。实施过程如下：（1）导入创建好的夹爪，并将夹爪安装在机器人上，如图8-39所示。（2）导入工作台及搬运物料，如图8-40所示。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真图8-39导入夹爪并安装图8-40导入工作台及搬运物料任务实施任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真图8-42动作配置（3）单击“信号”按钮，可以查看机器人和夹爪连接的信号配置，如图8-41所示。（4）需要机器人信号，先选中机器人，输出信号100为ON时，抓取，为OFF时，释放，使用工具选GripperTool。如图8-42。图8-41查看信号配置任务实施（5）创建工具坐标系，如图8-43所示。（6）创建基坐标系，与实际工作站保持一致，如图8-44所示。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真图8-43创建工具坐标系图8-44创建基坐标系任务实施（7）记录机器人HOME点位及过渡点位信息，添加夹爪动作，并创建机器人搬运程序。完成工件搬运路径程序的编写，如图8-45所示。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真图8-45机器人搬运程序任务实施（1）能够在KUKA.SimPro中创建搬运仿真工作站，包括导入机器人模型、配置末端夹持工具、添加物料输送设备和待搬运工件模型。（2）培养学生根据实际搬运任务需求设计仿真工作站的能力，能够合理布局输送线、抓手、工件台等设备，并规划高效的搬运轨迹。任务8.4｜KUKA机器人搬运仿真任务小结KUKA机器人点焊仿真项目8·任务8.3项目8·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家汽车制造企业的自动化工程师，该企业计划引入一套KUKA机器人点焊系统，用于生产新款电动汽车的车身框架。你的任务是设计并验证一套高效的点焊机器人工作站。由于实际生产线尚未搭建，直接进行现场测试会耗费大量时间和成本，因此，需要在虚拟环境中验证焊接方案的可行性。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真任务导入知识目标◆（1）能够在KUKA.SimPro中创建点焊仿真工作站，包括导入机器人模型、配置焊接工具、添加焊接设备和工件模型。◆

（2）掌握离线编程的基本方法，能够在仿真环境中完成焊接程序的调试，并生成可用于实际机器人的程序代码。能力目标◆（1）培养学生根据实际点焊任务需求设计仿真工作站的能力，能够合理布局设备并规划焊接轨迹。◆

（2）通过仿真验证和优化，培养学生发现并解决焊接程序中潜在问题的能力，如焊接缺陷、碰撞风险等。素养目标◆（1）强调仿真验证过程的严谨性，使学生养成注重细节、追求完美的职业素养，确保焊接程序的准确性和可靠性。◆

（2）在仿真和实际操作中，强化学生的安全意识，确保焊接过程符合安全规范，避免潜在风险。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真任务目标1.点焊仿真基础知识点焊是一种通过电极对工件施加压力并通电，利用电阻热使工件接触面熔化，从而形成焊点的焊接方法。点焊适用于薄板金属的连接，具有高效、快速的特点。2.KUKA机器人点焊系统组成机器人本体：如KR210、KR360等，具有高精度和高负载能力。点焊设备：包括焊钳、焊接控制器等。【小提示】（1）确保焊枪（点焊钳）的TCP准确标定，否则仿真轨迹与实际焊接位置会有偏差。（2）合理规划焊点顺序，减少机器人空跑时间，提高效率。【注意事项】（1）确保机器人模型与真实设备的参数一致。（2）验证工具坐标系的标定准确性，避免仿真与实操偏差。（3）仿真中仍需模拟限位等安全逻辑，培养规范操作习惯。【知识之窗】点焊机器人的焊钳按用途，可以分为X型焊钳和C型焊钳；按焊钳的行程类型，可以分为单行程焊钳和双行程焊钳；按加压的驱动方式，可以分为气动焊钳和电动焊钳；按焊钳变压器的种类，可以分为工频焊钳和中频焊钳；按焊钳的加压力大小，可以分为轻型焊钳和重型焊钳。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真知识储备实施地点：工业机器人虚拟仿真实训室。实施设备：虚拟仿真计算机设备。实施过程如下：（1）导入几何元。选择焊枪文件放置的路径，如图8-20所示。（2）单击“导入”按钮，将模型导入，如图8-21所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-20导入焊枪几何元图8-21导入点焊焊枪设备任务实施（3）执行原点捕捉操作。将点焊焊枪的安装原点重新设定至法兰盘处，如图8-22所示。（4）选中焊枪动臂，右击打开选项，单击“提取链接”，如图8-23所示。（5）设置关节属性。设置“JointType”的类型为“平移”，“轴”的方向为“-Z”，“Name”为“J1”，“最小限制”和“最大限制”分别输入“0”和“100”，如图8-24所示。完成后单击左上角的“交互”按钮，可以查看焊枪的实际动作。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-22设置焊枪安装原点图8-23提取链接图8-24设置关节属性任务实施（6）在“链接属性”选项中选择“新伺服控制器”，依次选择“行为|伺服控制器”，在弹出的页面中单击“+”按钮，添加伺服控制器，如图8-25所示。（7）选择左侧的“行为|向导|末端效果器”，选择“TCP”为“IO”，选择“InputSignals”为“OneActionSignaltoOpen/Close”，如图8-26所示。（8）将该焊枪作为智能组件来保存，如图8-27所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-25添加伺服控制器图8-26末端效果器图8-27保存设置的点焊焊枪任务实施（9）导入点焊机器人模型“KR210R2700extra”，如图8-28所示。（10）在电子目录的3D模型中选择创建的焊枪，如图8-29所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-28导入点焊机器人模型图8-29选择创建的焊枪任务实施（11）选中焊枪，直接将其通过PNP方式连接到机器人第6轴法兰盘处，如图8-30所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-30焊枪安装于机器人法兰盘末端任务实施（12）调整焊枪的位置与姿态，以及机器人第5轴位置，呈现如图8-31所示的位置。（13）导入焊接工作台，并重新捕捉原点，如图8-32所示。（14）调整焊接工作台的位置，如图8-33所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-31调整位置图8-32导入焊接工作台图8-33调整焊接工作台的位置任务实施（15）导入焊接工件并将其放置在焊接工作台上，如图8-34所示。（16）创建工具坐标系“TOOL_DATA[1]”，如图8-35所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-34导入焊接工件图8-35创建工具坐标系任务实施（17）创建基坐标系“BASE_DATA[1]”，如图8-36所示。（18）轨迹规划，先完成两个点的点焊，对应的程序如图8-37所示。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真图8-36创建基坐标系图8-37点焊仿真程序任务实施（1）能够在KUKA.SimPro中创建点焊仿真工作站，包括导入机器人模型、配置焊接工具、添加焊接设备和工件模型。（2）培养学生根据实际点焊任务需求设计仿真工作站的能力，能够合理布局设备并规划焊接轨迹。任务8.3｜KUKA机器人点焊仿真任务小结KUKA机器人弧焊仿真项目8·任务8.2项目8·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工业机器人技术员，负责为一家汽车制造企业搭建并调试一个KUKA机器人弧焊工作站。该企业计划引入自动化焊接技术，以提高生产效率和焊接质量。你的任务是利用KUKA机器人仿真软件完成弧焊工作站的搭建、焊接程序的编写与调试，并通过仿真验证焊接过程的可行性和准确性。任务8.2｜KUKA机器人弧焊仿真任务导入知识目标◆（1）理解KUKA机器人仿真软件KUKA.SimPro的基本功能，包括工作站创建、机器人模型导入、运动仿真、离线编程等。◆

（2）掌握在KUKA.SimPro中创建机器人工作站的步骤，包括创建项目、导入机器人模型、设置坐标系等。能力目标◆（1）培养学生熟练使用KUKA.SimPro完成焊枪导入、工件导入、坐标系标定等仿真操作的实操能力，能够独立搭建完整机器人弧焊虚拟工作站。◆

（2）掌握离线焊接程序编写与轨迹调试方法，具备依据工件焊缝要求规划PTP、LIN运动路径并完成仿真校验的实操能力。素养目标◆（1）树立标准化仿真操作思维，培养学生规范完成TCP标定、点位记录、程序编写的严谨工匠精神，养成规范留存仿真参数的工作习惯。◆

（2）强化工业生产安全规范认知，在轨迹规划过程中树立设备防护意识，养成仿真先行、规避机器人运动干涉的作业习惯。任务8.2｜KUKA机器人弧焊仿真任务目标【小提示】（1）在搭建仿真环境时，注意组件的尺寸和位置匹配，避免碰撞。（2）编写程序时，合理设置机器人焊接速度和电流，以保证焊接质量。【注意事项】（1）确保仿真软件与硬件设备互相兼容。（2）在实际操作前，务必进行多次仿真测试。【知识之窗】弧焊机器人因弧焊的连续作业要求，需实现连续轨迹控制，也可利用插补功能根据示教点生成连续焊接轨迹。弧焊机器人除机器人本体、示教器与控制柜之外，还包括焊枪、自动送丝机构、焊机、保护气体相关部件等，根据熔化极焊接与非熔化极焊接的不同，其送丝机构在安装位置和结构设计上也有不同的要求。任务8.2｜KUKA机器人弧焊仿真知识储备实施地点：工业机器人虚拟仿真实训室。实施设备：虚拟仿真计算机设备。实施过程如下：（1）依次选择“电子目录|公共模型|KUKASimLibrary3.1|Miscellaneous|Applikations|ArcWelding|MyArc|Torch”，在模型库中选择“ed33_myarc_500”焊枪，并双击导入该焊枪，如图8-9所示。任务8.2｜KUKA机器人弧焊仿真图8-9导入焊枪任务实施（2）在“开始”菜单中单击“移动”按钮，可选中并移动该焊枪，如图8-10所示。（3）单击“开始”菜单中的“PnP”按钮，并拖动焊枪到机器人第6轴法兰盘处，可将弧焊焊枪安装在机器人第6轴法兰盘中心位置，如图8