KUKA机器人应用技术 课件汇 刘双耀 项目1-5 KUKA 机器人的基本操作 - - KUKA机器人T形接头焊接

在轴坐标系下移动机器人项目1·任务1.1项目1·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任务小结任务导入在轴坐标系下，使用KCP手动操作机器人，使其完成指定位置的定位。假如你是一名新晋的机器人工程师，需要在师傅的指导下，学习如何手动控制KUKA机器人运动。本任务要求你使用KCP依次移动机器人各个轴，使机械臂到达指定位置。在操作过程中，你需要确保动作的精准性和安全性。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人知识目标◆（1）了解KUKA机器人的轴坐标系。◆（2）掌握手动运行方式下机器人的基本运动操作。能力目标◆（1）能够正确使用KUKA机器人控制面板（KCP）在轴坐标系下手动操作机器人。◆（2）能够根据任务需求，精准控制KUKA机器人各轴运动。素养目标◆（1）培养严谨规范的操作习惯和安全防护意识，确保在手动运行模式下避免误操作。◆（2）培养团队协作能力，能够在操作过程中与同学或指导教师高效沟通。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人任务目标知识储备1.轴坐标系轴坐标系：以机器人各个关节的旋转轴为基准，每个轴对应一个独立的运动控制。每个轴控制机械臂的不同部分（如底座、大臂、小臂、手腕），KUKA机器人通常有6个轴（A1~A6）。2.KUKA机器人的运行方式（1）手动运行方式。手动运行用于机器人调试作业，分为两种方式：手动慢速运行方式（T1）和手动快速运行方式（T2）。调试是指为使机器人系统满足自动运行条件所需开展的全部操作，其中包括：1）示教/编程。2）点动方式下执行程序（测试/校验）。新程序或修改后的程序必须先在T1方式下完成测试。（2）T1方式规范：任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人1）操作人员防护装置（防护门）未激活。2）非必要的情况下，不允许其他人员在防护装置隔离的区域内停留。如果需要有多个工作人员在防护装置隔离的区域内停留，则必须注意以下事项。①所有人员必须能够无遮挡地观察机器人系统。②所有人员之间需保持相互可视、无视线遮挡。③操作人员必须选定一个合适的操作位置，以便能够看到危险区域并迅速避开危险。（3）T2方式规范：1）操作人员防护装置（防护门）未激活。2）只有在以大于手动慢速运行的速度进行测试时，才允许使用此运行方式。3）在这种运行方式下不得进行示教。4）在测试前，操作人员必须确保确认装置的功能完好。5）操作人员的操作位置必须处于危险区域之外。6）不允许其他人员在防护装置隔离的区域内停留。（4）自动运行方式和外部自动运行方式。1）必须配备安全防护装置，而且它们的功能必须正常。2）所有人员应位于由防护装置隔离的区域之外。（5）操作过程。1）在KUKA机器人控制面板（KCP）上转动用于连接管理器的开关，如图1-2所示。连接管理器随即显示。2）选择运行方式为T1，如图1-3所示。3）将用于连接管理器的开关再次转回初始位置。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人图1-2转动连接管理器的开关图1-3选择运行方式知识储备所选的运行方式会显示在smartPAD的状态栏中，如图1-4所示。图1-4运行方式显示任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人图1-4运行方式显示知识储备【小提示】（1）在轴坐标系下移动机器人时，建议先移动靠近底座的轴（如A1、A2），再依次移动靠近末端的轴（如A5、A6），这样可以更好地控制机器人的整体姿态。（2）操作过程中，如果发现机器人运动方向与预期相反，那么可以检查轴的选择是否正确。（3）在使用KCP时，确保确认开关始终处于按住状态，否则机器人将无法响应操作指令。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人知识储备【注意事项】（1）在手动操作时，应确保机器人的运动范围内没有障碍物或其他人员，防止发生碰撞事故。（2）T1运行方式下机器人运动速度较慢，但操作时仍需谨慎，禁止快速或大幅度移动各轴。（3）熟记急停按钮的位置，一旦出现异常情况，立即按下急停按钮以停止机器人运动。（4）注意机器人各轴的运动范围，避免因超限位操作导致设备损坏。（5）操作时应保持注意力集中，避免机器人快速或大幅度移动。【知识之窗】通过按确认键激活驱动装置。只要一按移动键或6D鼠标，机器人轴的调节装置便启动，机器人执行所需的运动。运动可是连续的，也可是增量式的。为此要在状态栏中选择增量值。以下信息提示对手动运行有影响（如表1-1）。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人知识储备任务实施实施地点：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：（1）选择轴作为移动键的选项，如图1-5所示。（2）设置手动倍率，通过触控“+”“-”按键可以调节程序倍率和手动倍率，如图1-6所示。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人图1-5选择轴作为移动键图1-6设置手动倍率（3）将任意一个确认开关（图1-7）按至中间挡位并按住。移动键旁边随即显示轴A1~A6。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人图1-7按下确认开关任务实施（4）按下“+”或“-”移动键，以使机器人的轴朝正方向或反方向移动，如图1-8所示。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人图1-8单个轴移动机器人任务实施任务小结（1）了解KUKA机器人的轴坐标系。（2）掌握手动运行方式下机器人的基本运动操作。（3）能够正确使用KUKA机器人控制面板（KCP）在轴坐标系下手动操作机器人。（4）能够根据任务需求，精准控制KUKA机器人各轴运动。任务1.1｜在轴坐标系下移动机器人在笛卡尔坐标系下移动机器人项目1·任务1.2项目1·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任务小结在给定工作场景中，依据不同坐标系特点，操控KUKA机器人，使其末端执行器在世界坐标系、基坐标系和工具坐标系下，依次抵达指定空间位置。深入理解各坐标系功能，掌握对应编程指令，保障机器人稳定、高效运行。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人坐标系的切换与操作方法。◆（2）掌握在世界坐标系、工具坐标系和基坐标系下移动机器人的操作步骤。能力目标◆（1）操作KUKA机器人时，能够根据不同的任务需求准确选择并切换坐标系。◆（2）能够熟练使用示教器控制机器人在不同坐标系下的移动。素养目标◆（1）通过精确控制机器人移动，树立精益求精的作业意识。◆（2）在学习与实践中，培养严谨、专注的工作态度。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人任务目标1.世界坐标系世界坐标系是机器人工作空间的全局参照系，原点通常设在机器人基座中心位置，X、Y、Z轴遵循右手定则，分别对应左右、前后、上下的空间方向，用于精确定位机器人在工作区域中的绝对位置，所有其他坐标系都需与之关联转换。2.工具坐标系工具坐标系的原点位于机器人末端执行器的工具中心点（ToolCenterPoint，TCP），方向依工具工作需求设定，如焊枪沿焊接轨迹运动需设定对应工具坐标系以保证焊枪姿态正确，用于精准控制工具末端在目标物体表面的操作。3.基坐标系KUKA机器人的基坐标系是指工件坐标系（用户坐标系），也就是定义在工件上的坐标系，可在机器人动作允许范围内的任意位置设定X、Y、Z轴角度，原点位于机器人抓取的工件上，方向依作业需求设定。用户坐标系的引入，使得机器人能够根据工件的实际位置和方向进行操作，无须将所有操作都基于机器人基座的固定坐标系，从而提高了编程的灵活性和操作的便捷性。4.法兰坐标系机器人法兰坐标系固定于机器人末端法兰盘上，其默认工具坐标系的原点即为机器人法兰中心。法兰坐标系是所有工具坐标系的基准参考系。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人知识储备【小提示】（1）世界坐标系就像机器人工作空间的“地图原点”，所有位置描述都基于它才具有绝对定位意义。（2）工具坐标系特别适用于焊接、切割等需要精确控制工具位置的场景。（3）手动操作机器人时，未经测量的工具坐标系始终等于法兰坐标系。【注意事项】（1）机器人在世界坐标系下移动时，其工具可以根据世界坐标系的坐标方向运动，在此过程中，所有的机器人轴也会移动。（2）机器人在基坐标系下移动时，其工具可以根据基坐标系的坐标方向运动。基坐标系可以被单独测量，并可以经常沿工件边缘、工件支座或者货盘调整姿态。（3）仅在T1运行方式下才能手动移动机器人。（4）确认键必须已经按下。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人知识储备【知识之窗】（1）在世界坐标系下移动机器人，触发移动指令后，控制器先计算出行程段。该行程段的起点是TCP，行程段的方向由世界坐标系给定。控制器控制所有轴进行相应运动，使工具沿该行程段运动（平动）或绕其旋转（转动）。（2）在工具坐标系中手动移动机器人时，可根据之前所测工具的坐标方向移动机器人。在此过程中，所有需要的机器人轴也会自行移动。哪些轴会自行移动由系统决定，并因运动情况不同而异。（3）工具坐标系的原点TCP与工具的工作点相对应。为此需要使用移动键或者KUKAsmartPAD的6D鼠标。（4）可供选择的工具坐标系有16个，可供选择的基坐标系有32个。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。（1）在世界坐标系下移动机器人的实施过程如下：1）选择世界坐标系作为所用的坐标系，如图1-10所示。2）设置手动倍率，如图1-11所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-10选择世界坐标系图1-11设置手动倍率任务实施任务实施3）将确认开关按至中间挡位并按住，如图1-12所示。4）用6D鼠标将机器人朝所需方向移动，也可使用移动键，如图1-13所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-12按下确认开关图1-13移动键在世界坐标系下移动机器人（2）在工具坐标系下移动机器人的实施过程如下：1）选择工具坐标系作为所用的坐标系，如图1-14所示。2）选择工具，如图1-15所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-14选择工具坐标系图1-15选择工具任务实施3）设置手动倍率，如图1-16所示。4）将确认开关按至中间挡位并按住，如图1-17所示。5）可以使用移动键移动机器人，也可使用6D鼠标将机器人朝所需方向移动，如图1-18所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-16设置手动倍率图1-17按下确认开关图1-18移动键在工具坐标系中移动机器人任务实施（3）在基坐标系下移动机器人的实施过程如下：1）选择基坐标系作为移动键的选项，如图1-19所示。2）选择工具和基坐标，如图1-20所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-19选择基坐标系图1-20选择工具和基坐标任务实施3）设置手动倍率，如图1-21所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-21设置手动倍率任务实施4）将确认开关按至中间挡位并按住，如图1-22所示。5）用移动键移动机器人，也可使用6D鼠标将机器人朝所需方向移动，如图1-23所示。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人图1-22按下确认开关图1-23移动键在基坐标系下移动机器人任务实施（1）掌握KUKA机器人坐标系的切换与操作方法。（2）掌握在世界坐标系、工具坐标系和基坐标系下移动机器人的操作步骤。（3）操作KUKA机器人时，能够根据不同的任务需求准确选择并切换坐标系。（4）能够熟练使用示教器控制机器人在不同坐标系下的移动。任务1.2｜在笛卡尔坐标系下移动机器人任务小结KUKA机器人工具坐标系的创建项目2·任务2.1项目2·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零部件制造企业的机器人设备工程师，负责调试和编写KUKA机器人焊接程序。最近，该企业新购入了一批焊接工具，你需要为这些工具创建工具坐标系，以确保机器人能够精准地执行焊接任务。由于焊接的精度直接影响产品的质量，因此工具坐标系的创建必须非常准确。你首先需要了解工具的具体参数，然后在KUKA机器人系统中进行配置。为了确保坐标系的准确性，你可能还需要进行多次校准和测试。最后，你需要验证机器人在使用新工具坐标系时焊接质量是否达到预期标准，如图2-3所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-3工具坐标系创建任务导入任务导入知识目标◆（1）了解工具坐标系的基本概念及其在机器人操作中的重要性。◆（2）掌握工具坐标系的创建过程，掌握工具坐标系的校准和验证方法。能力目标◆（1）能够熟练操作KUKA机器人示教器，完成工具坐标系的创建。◆（2）能够分析和解决工具坐标系创建过程中出现的常见问题。素养目标◆（1）培养严谨细致的工作态度，确保工具坐标系创建和校准的准确性。◆（2）提升工业机器人操作中的安全意识，规范操作流程。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建任务目标1.TCP的定义进行工具测量时，用户给安装在法兰连接处的工具建立一套笛卡尔坐标系（工具坐标系），该坐标系以用户设定的一个点作为原点，此点称为工具中心点（TCP）。通常，TCP落在工具的工作点上。2.工具测量的优点（1）工具可以在作业方向上直线移动。（2）工具可环绕TCP旋转，无须更改TCP的位置。3.确定TCP的方法（1）XYZ4点法：将工具的TCP从4个不同的方向移向一个参考点，机器人系统通过这些位置计算出TCP的精确位置。（2）XYZ参照法：通过与一个已知TCP的工具进行比较测量，来确定新工具的TCP。4.确定工具坐标系的姿态工具坐标系的姿态决定了工具的方向。确定姿态的方法包括：（1）ABC2点法：通过趋近X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制系统即可得知工具坐标系的各轴。当轴方向必须特别精确地确定时，将使用此方法。（2）ABC世界坐标法：将工具坐标系的轴平行于世界坐标系的轴进行校准的方法。机器人控制系统由此可获取工具坐标系的姿态。5.数字输入如果已知工具的参数，可以直接输入相对于法兰中心点的X、Y、Z偏移量以及相对于法兰坐标系的转角A、B、C。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建知识储备6.工具负载数据输入在测量TCP之后，需要输入工具的负载数据，这对于机器人的运动控制至关重要。7.保存工具坐标系数据一旦TCP和工具姿态被确定，这些数据需要被保存，以便在机器人编程和操作中使用。【小提示】（1）在使用XYZ4点法时，确保4个测量点彼此间隔足够远，并且不得位于同一平面内，以提高TCP计算的精度。（2）在创建工具坐标系时，记录下所有关键参数，便于后续调试和优化。（3）KUKA机器人默认最多可储存16个工具坐标系，变量为TOOL_DATA[1，…，16]。【注意事项】（1）在创建工具坐标系之前，确保工具已正确安装在机器人末端。（2）在输入负载数据时，确保数据准确。（3）在实际操作中，定期校准工具坐标系，确保其精度。（4）在操作过程中，始终遵守安全规范，避免因操作不当导致设备损坏或人身伤害。（5）在创建或修改工具坐标系前，务必备份机器人程序和相关数据，以防止因意外情况导致数据丢失。【知识之窗】创建工具坐标系分以下两步。第一步：确定工具坐标系的原点，可选择XYZ4点法和XYZ参照法。第二步：确定工具坐标系的姿态，可选择ABC世界坐标法和ABC2点法。（1）TCP测量的XYZ4点法。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建知识储备工具坐标系原点的确定以XYZ4点法为例介绍。XYZ4点法就是将待测工具的TCP从4个不同的方向移向一个参考点，如图2-2所示，参考点可以任意选择，机器人控制系统从不同的法兰位置值中计算出TCP。操作时，移至参考点的4个法兰位置，位置之间必须间隔足够远，并且不得位于同一平面内。（2）ABC2点法。用ABC2点法测量的前提条件是：TCP已测得。当轴的方向必须精确确定时，用ABC2点法可以测得。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-2XYZ4点法的4个不同位置知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。（1）XYZ4点法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|工具|XYZ4点法”菜单命令。2）为待测量的工具分配一个号码和一个名称，单击“继续”按钮，如图2-4所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-4分配工具号和名称任务实施3）用TCP移至任意一个参照点，单击“测量”按钮，弹出的对话框显示“要采用当前位置吗？继续进行测量”，单击“是”按钮加以确认，如图2-5所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-5方向1测量任务实施4）用TCP从其他地方朝参照点移动。再次单击“测量”按钮，在弹出的对话框中单击“是”按钮确认，如图2-6所示。5）重复以上步骤两次，如图2-7所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-6方向2测量图2-7测量其余两个位置任务实施6）负载数据输入窗口自动打开。正确输入负载数据（质量3kg，焊枪属于轻负载，非高速运行时，质量重心和姿态及转动惯量参数不设不影响运行，对于高速运行的重负载机器人，这些参数设置非常重要）。如图2-8所示，然后单击“继续”按钮。7）包含测得的TCP“X”“Y”“Z”值的窗口自动打开，数据可通过“保存”按钮直接保存。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-8负载数据任务实施8）验证工具精度。通过重定位的方式验证测量的精度不超过1mm，如图2-9所示。（2）ABC2点法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|工具|ABC2点法”菜单命令。2）输入工具的编号，单击“继续”按钮，如图2-10所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-9工具坐标系精度验证图2-10ABC2点法输入工具编号任务实施3）用TCP移至任意一个参考点，单击“测量”按钮，再单击“继续”按钮，如图2-11所示。4）移动工具，将待测工具的X轴（加工方向）负方向上的一点移动至参考点，如图2-12所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-11ABC2点法参考点图2-12ABC2点法的第一点任务实施5）移动工具，将Y值为正的某点移动至参考点，如图2-13所示。6）单击“继续”按钮，在下一个页面单击“保存”按钮保存数据，如图2-14所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-13ABC2点法的第二点图2-14保存数据任务实施7）验证工具方向，如图2-15所示，切换到工具坐标系下运行，验证工具的三个方向是否正确。（3）直接输入法的实施过程如下：1）选择菜单序列“投入运行｜测量｜工具｜数字输入”菜单命令，如图2-16所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-15工具坐标方向验证图2-16工具坐标系数字直接输入法任务实施2）为待测量的工具分配一个号码和一个名称，单击“继续”按钮，如图2-17所示。3）输入工具数据，单击“继续”按钮确认，如图2-18所示。4）输入合理的负载数据，单击“继续”按钮确认。在下一个页面单击“保存”按钮保存数据，工具坐标系建立完成。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-17分配工具号和名称图2-18直接输入工具数据任务实施（1）了解工具坐标系的基本概念及其在机器人操作中的重要性。（2）掌握工具坐标系的创建过程，掌握工具坐标系的校准和验证方法。（3）能够熟练操作KUKA机器人示教器，完成工具坐标系的创建。（4）能够分析和解决工具坐标系创建过程中出现的常见问题。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建任务小结KUKA机器人基坐标系的创建项目2·任务2.2项目2·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工程师，该车间需要机器人精确地执行焊接任务，而基坐标系的准确与否将直接影响机器人的运动精度和焊接质量。你的任务是为机器人建立一个稳定、可靠的基坐标系，并通过测试和验证确保其满足生产要求，如图2-20所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-20KUKA机器人基坐标系创建任务任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人基坐标系的定义。◆（2）掌握基坐标系的创建原理，熟悉KUKA机器人基坐标系的创建方法，包括选择参考点、定义坐标轴方向。能力目标◆（1）能够独立完成KUKA机器人基坐标系的创建。◆（2）能够识别基坐标系创建过程中可能遇到的问题。素养目标◆（1）培养学生在基坐标系创建过程中认真、细致的工作态度，注重每一个环节的精度和准确性。◆（2）强化学生在机器人操作中的安全意识，确保基坐标系创建过程中的人身和设备安全。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建任务目标1.基坐标系测量在测量基坐标系时，用户为工作面或工件建立一套笛卡尔坐标系（基坐标系）。基坐标系的原点为用户指定的一个点。2.基准测量的优点（1）可以沿着工作面或工件的边缘手动移动TCP。（2）可以参照基坐标系对点进行示教。如果必须移动基坐标系，如由于工作面被移动，这些点也随之移动，则不必重新进行示教。（3）最多可储存32个基坐标系，基坐标系的参数为BASE_DATA[1，…，32]。3.两种测量基坐标系的方法（1）3点法。（2）直接输入法。基坐标系测量只能用一个事先测定的工具进行，且TCP必须已知。【小提示】在创建基坐标系时，确保三个点的选择具有足够的精度和稳定性，避免出现共线或接近共线的情况。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建知识储备【注意事项】（1）在创建基坐标系之前，确保机器人已正确安装在工作台上，并且工作台的位置和方向已知。（2）在创建基坐标系时，确保机器人处于安全模式，避免因误操作导致设备损坏或人员受伤。（3）在基坐标系创建完成后，通过机器人运动测试验证基坐标系的准确性。如有偏差，应及时调整并重新验证。（4）定期校准基坐标系，确保其精度和稳定性。【知识之窗】当前的机器人位置可通过两种方式显示。1.关节坐标显示每根轴的当前轴角：该角等于与零点标定位置之间的角度绝对值。2.笛卡尔坐标在所选的基坐标系中显示当前TCP的位置。（1）当没有选择工具坐标系时，法兰坐标系适用。（2）当没有选择基坐标系时，世界坐标系适用。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。（1）基坐标系测量的3点法操作步骤如下：1）选择“投入运行|测量|基坐标系|3点”菜单命令，如图2-21所示。2）为基坐标系分配一个号码和一个名称，如图2-22所示，单击“继续”按钮确认。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-213点法图2-22分配基坐标系统号和名称任务实施3）输入需要用TCP测量基坐标系的参考工具的编号，如图2-23所示，单击“继续”按钮确认。4）将TCP移动到新基坐标系的原点处，如图2-24所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-23输入参考工具编号图2-24测量基坐标系原点任务实施5）将TCP移至新基坐标系正向X轴上的一个点，如图2-25所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。6）将TCP移至XY平面上一个带有正Y值的点，第三点定于XY平面上，如图2-26所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-25测量基坐标系X轴方向图2-26测量基坐标系Y轴方向任务实施7）单击“保存”按钮，保存新基坐标系数据，关闭菜单。8）测试基坐标系：将机器人切换到手动模式，在基坐标系下进行简单的运动，如沿X、Y、Z轴的正负方向移动。观察机器人的运动是否符合预期，确保基坐标系的基本方向定义正确，如图2-27所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-27基坐标系测试与验证任务实施（2）直接输入法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|基坐标|数字输入”菜单命令，如图2-28所示。2）选择基坐标系统号，定义基坐标系名称，单击“继续”按钮确认，如图2-29所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-28基坐标系测量数字直接输入法图2-29分配基坐标系统号和名称任务实施3）输入基坐标系原点在世界坐标系中的坐标值和相对角度值，单击“继续”按钮确认，如图2-30所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-30输入基坐标系数据任务实施（1）掌握KUKA机器人基坐标系的定义。（2）掌握基坐标系的创建原理，熟悉KUKA机器人基坐标系的创建方法，包括选择参考点、定义坐标轴方向。（3）能够独立完成KUKA机器人基坐标系的创建。（4）能够识别基坐标系创建过程中可能遇到的问题。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建任务小结标准Beckhoff输入/输出模块通信配置项目3·任务3.1项目3·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任务小结弧焊工作站需优化焊枪维护流程，机器人自动控制清枪、剪丝和喷油动作。通过EK1100耦合器连接EL2809（16通道数字量输出模块）及EL1809（16通道数字量输入模块），分别驱动以下三个执行机构：（1）清枪信号：控制气动清枪装置，清除枪喷嘴内的焊渣。（2）剪丝信号：控制剪丝机构，切断焊丝残留部分。（3）喷油信号：控制喷油电磁阀，为焊枪喷嘴喷涂防飞溅油。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置任务导入知识目标◆（1）理解KUKA机器人支持的通信协议，掌握其配置方法和特点。◆

（2）掌握在KUKA.WorkVisual中导入Beckhoff模块的设备说明文件（ESI文件）、添加总线和模块、进行I/O地址映射的步骤。能力目标◆

（1）能够在KUKA.WorkVisual中完成Beckhoff模块的软件配置，包括导入ESI文件、添加总线和模块、进行I/O地址映射。◆

（2）能够快速定位和解决通信配置中出现的问题，确保通信系统的稳定运行。素养目标◆

（1）培养学生在通信配置中注重细节的职业素养，确保配置的准确性和可靠性。◆

（2）通过小组合作完成通信配置任务，培养学生的团队协作能力和沟通能力，提高团队整体的效率和质量。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置任务目标在线联机（1）装有KUKA.WorkVisual软件的电脑可以通过网口与机器人控制系统的KLI接口进行连接通信，如图3-2所示。（2）与KLI接口通信，要求装有KUKA.WorkVisual软件的电脑与控制系统在同一网段，且通过网线连接KUKA机器人控制系统的KLI接口（紧凑型控制柜的KLI接口位于X66端口）。因此，应首先查看控制系统的IP地址，具体步骤如下：1）在SmartPad中登录专家用户组或更高权限的用户组。2）单击“主菜单”按钮，在菜单中单击“投入运行|网络配置”菜单命令，如图3-3所示。地址地址类型一般选择为“固定的IP地址”，可以将装有KUKA.WorkVisual软件的电脑IP和子网掩码修改成与机器人控制系统在同一网段，也可以修改机器人控制器的IP地址和子网掩码并保存更改。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-2设置电脑IP地址图3-3机器人的IP地址知识储备3）对机器人系统进行任何硬件或软件配置修改后（如修改IP地址），都需要进行冷启动后才能生效，如图3-4所示。（3）连接建立后，在KUKA.WorkVisual软件菜单中选择“文件|打开项目”菜单命令。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-4机器人冷启动知识储备（4）选择“搜索”选项，单击“更新”按钮，在可用单元区域中，所有已连接的机器人系统都会显示出来，如图3-5所示。展开所需的机器人控制系统的节点，选中所需的项目，单击“打开”按钮，在KUKA.WorkVisual中将该项目打开。项目打开后最好进行备份，再对项目进行编辑。（5）双击KRC4smallsize2-8.3.42，将其设为激活的控制系统，如图3-6所示。【小提示】在软件配置中，确保导入的ESI文件与实际使用的模块版本一致。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-5查找机器人设备图3-6激活控制系统知识储备【注意事项】（1）在配置通信参数时，确保IP地址和端口号等设置正确，避免网络冲突。（2）在进行I/O地址映射时，注意信号的对应关系，避免信号错乱。【知识之窗】（1）EtherCAT技术：EtherCAT是一种基于以太网的开放式现场总线系统，具有高实时性和高灵活性，适用于工业自动化领域。（2）KUKA.WorkVisual：KUKA机器人编程和配置的软件工具，支持多种工业通信协议的配置和管理。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置知识储备实施地点：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）在没有打开项目时，在菜单中选择“File|Import/Export”菜单命令，在弹出的窗口选择“导入设备说明文件”命令，如图3-7所示。（2）单击“继续”按钮，在下一个页面中单击“查找”按钮，在文件类型中选择所需的类型，并在电脑上选择要添加的设备说明文件。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-7导入设备说明文件任务实施例如，Beckhoff的设备说明文件类型为EtherCATESI，分别导入EK1100、EL1809和EL2809的设备说明文件，如图3-8所示。（3）为机器人系统添加“KUKAExtensionBus（SYS-X44）”。在“项目结构”页面中右击“总线结构|添加”，弹出“DTM选择”窗口，DTM即为设备类型管理器（DeviceTypeManager），选中“KUKAExtensionBus(SYS-X44)”，单击“OK”按钮确认，如图3-9所示。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-8导入EK1100、EL1809和EL2809的设备说明文件图3-9添加“KUKAExtensionBus（SYS-X44）”任务实施（4）在“项目结构”页面，展开“KUKAExtensionBus(SYS-X44)”找到“EtherCAT”选项，右击选择“EtherCAT|添加”菜单命令，弹出“DTM选择”窗口，选中“EK1100EtherCATCoupler（2AE-Bus）”，单击“OK”按钮确认，如图3-10所示。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-10添加“EK1100EtherCATCoupler（2AE-Bus）”任务实施（5）在项目结构区域，右击“KUKAExtensionBus(SYS-X44)|添加”菜单命令，弹出“DTM选择”窗口，选中“EL180916Ch.Dig.Input24V,3ms”，单击“OK”按钮确认，如图3-11所示。（6）在“项目结构”页面，右击“KUKAExtensionBus(SYS-X44)|添加”菜单命令，弹出“DTM选择”窗口，选中“EL280916Ch.Dig.Output24V,0.5A”，单击“OK”按钮确认，如图3-12所示。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-11添加“EL180916Ch.Dig.Input24V,3ms”图3-12添加“EL280916Ch.Dig.Output24V,0.5A”任务实施（7）单击菜单栏中的“打开接线编辑器”选项，如图3-13所示，选择左侧“KRC输入/输出端”，选中“数字输入端”。选择右侧“现场总线|KUKAExtensionBus(SYS-X44)|EK1100EtherCATCoupler(2AE-Bus)|EL180916Ch.Dig.Input24V,3ms”16路开关量输入模块。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-13输入模块选择任务实施（8）如图3-14所示，左侧为数字输入端$IN[1]~$IN[4096]，右侧为16路开关量输入通道Channel1.Input～Channel16.Input。将要映射连接的数字输入端和开关量输入通道选中（这里注意通道之间的映射要有唯一性，不能重复映射连接），如果选择的左侧和右侧的映射通道正确且没有出现过重复映射，则图3-14中的“connect”按钮变为绿色，单击“connect”按钮，映射的数字输入端和开关量输入通道会出现在图3-14所示的上方区域。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-14输入端信号映射任务实施（9）如图3-15所示上方区域显示的是已经映射的通道，若某条映射需要调整或删除，则选中此映射关系，单击“disconnect”按钮，映射关系被取消。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-15取消输入端信号映射任务实施（10）单击菜单栏中的“打开接线编辑器”选项，如图3-16所示，选择左侧“KRC输入/输出端”，选中“数字输出端”。选择右侧“现场总线|KUKAExtensionBus(SYS-X44)|EK1100EtherCATCoupler(2AE-Bus)|EL280916Ch.Dig.Output24V,0.5A”16路开关量输出模块。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-16输出模块选择任务实施（11）如图3-17所示，左侧为数字输出端$OUT[1]~$OUT[4096]，右侧为16路开关量输出通道Channel1.Output～Channel16.Output。将要映射连接的数字输出端和开关量输出通道选中（这里注意通道之间的映射要有唯一性，不能重复映射连接），如果选择的左侧和右侧的映射通道正确且没有出现过重复映射，则图3-17中的“connect”按钮变为绿色，单击“connect”按钮，映射的数字输出端和开关量输出通道会出现在图3-17所示的上方区域。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-17输出端信号映射任务实施（12）如图3-18所示上方区域显示的是已经映射的通道，若某条映射需要调整或删除，则选中此映射关系，单击“disconnect”按钮，映射关系被取消。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-18取消输出端信号映射任务实施（13）对配置过的项目进行编译，单击“编译”按钮，如图3-19所示，会弹出编译进度窗口，待编译完成后，可在提示信息窗口中查看编译过程信息，如无错误，可以进行下一步传输工作。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-19项目编译任务实施（14）单击“安装”按钮，弹出传输界面；单击“继续”按钮，等待机器人控制系统的确认操作，此时机器人SmartPad上出现如图3-20所示的提示信息，单击“是”按钮，项目下载完成。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置图3-20下载项目任务实施（1）理解KUKA机器人支持的通信协议，掌握其配置方法和特点。（2）标准Beckhoff输入/输出模块通信配置。任务3.1｜标准Beckhoff输入/输出模块通信配置任务小结KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置项目3·任务3.2项目3·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任务小结在现代制造业中，自动化焊接系统已成为提高生产效率、保证产品质量的重要手段。KUKA机器人以其高精度和灵活性广泛应用于焊接领域，而伏能士焊机以其稳定的焊接性能和高效的能源利用率备受青睐。为了实现两者的协同工作，需要完成KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置，确保机器人能够精确控制焊接过程，实现自动化焊接任务。假如你是一名自动化工程师，负责为一套KUKA机器人焊接系统进行通信配置，确保KUKA机器人能够与伏能士焊机实现数据交互，完成焊接任务。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人与伏能士焊机的基本工作原理和通信协议。◆（2）理解KUKA机器人控制系统中与通信相关的配置模块，以及伏能士焊机的通信参数设置。能力目标◆（1）能够在KUKA.WorkVisual中完成通信软件包的安装和配置，包括设置通信参数和I/O映射信号。◆

（2）能够快速定位和解决通信配置中出现的问题，确保通信系统的稳定运行。素养目标◆（1）培养在面对复杂技术问题时冷静分析、系统思考的能力。◆（2）培养在团队合作中有效沟通、分工协作的能力。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置任务目标（1）配置及修改现场总线与I/O。（2）配置机器人运动系统，如外部轴。（3）配置机器人参数。（4）诊断功能。（5）安装备选软件包。（6）输入端和输出端的长文本编辑。（7）离线编程。（8）与机器人控制器进行连接，上传和下载项目。【小提示】（1）对配置过的项目进行编译，单击“编译”按钮，会弹出编译进度窗口，编译完成后，在提示信息窗口中查看编译过程信息，如无错误，可以进行下一步传输工作。（2）机器人控制系统的权限等级应确保至少为“安全调试员”级别。如无异常，单击“安装”按钮，在下一个页面中单击“继续”按钮，等待机器人控制系统的确认操作，此时机器人SmartPad上出现提示信息，单击“是”按钮，项目下载完成。【注意事项】（1）在配置通信参数时，确保IP地址和端口号等设置正确，避免网络冲突。（2）在配置伏能士焊机时，务必确认其型号和通信协议版本，避免因不兼容导致配置失败。【知识之窗】常见的通信协议有Profinet、Ethernet/IP、DeviceNet、ModbusTCP等。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。焊机：奥地利伏能士TPS4000焊机。实施过程如下：（1）在没有打开项目时，在菜单栏中选择“File|Import/Export”菜单命令，在弹出的窗口选择“导入设备说明文件”命令，如图3-22所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-22导入设备说明文件任务实施（2）单击“继续”按钮，在下一个页面中单击“查找”按钮，在文件类型中选择所需的类型，并在电脑上选择要添加的设备说明文件。假如Beckhoff的设备说明文件类型为EtherCATESI，将其导入EL6752的设备说明文件，如图3-23所示。（3）在“项目结构”窗口，依次展开“KUKAExtensionBus(SYS-X44)|EK1100EtherCATCoupler(2AE-Bus)”，右击“添加”选项，弹出“DTM选择”窗口，选中“EL6752DeviceNetMaster”，单击“OK”按钮确认，如图3-24所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-23导入EL6752设备说明文件图3-24导入“EL6752DeviceNetMaster”任务实施（4）在“项目结构”窗口依次展开“BusStructure|KUKAExtensionBus(SYS-X44)|EK1100EtherCATCoupler(2AE-Bus)|EL6752DeviceNetMaster”，双击“GenericDeviceNetDevice”，弹出DeviceNet设备设置界面，如图3-25所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-25DeviceNet设备设置任务实施（5）在弹出的DeviceNet设备设置界面中，依次切换到“Devicetypecheck”和“Startparameters”选项卡，选项不作修改，如图3-26所示。（6）再进行“Connectionconfiguration”选项卡的选项设置，需要注意的是，字节需填写正确，否则机器人与焊机通信将失败，如图3-27所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-26Devicetypecheck和Startparameters选项设置图3-27在“Connectionconfiguration”页面进行选项设置任务实施（7）打开输入信号配置页面，根据如图3-28所示的操作步骤，将伏能士焊机的输入信号与机器人信号关联，图中的示例是以机器人输入信号$IN[300]开始与伏能士焊机进行信号关联。（8）打开输出信号配置页面，根据如图3-29所示的操作步骤，将伏能士焊机的输出信号与机器人信号关联，图中的示例是将机器人输出信号$OUT[300]与伏能士焊机进行信号关联。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-28输入信号映射图3-29输出信号映射任务实施（9）添加伏能士焊机程序包，如图3-30所示。（10）双击新添加的“Universalwelder”，进行全局设置，如图3-31所示。（11）为新添加的“Universalwelder”进行“模式”设置，如图3-32所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-30添加伏能士焊机程序包图3-31全局设置图3-32模式选项参数设置任务实施（12）打开“I/O定义”，对照伏能士焊机的说明书进行设置，如图3-33所示。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置图3-33I/O定义任务实施（1）掌握KUKA机器人与伏能士焊机的基本工作原理和通信协议。（2）理解KUKA机器人控制系统中与通信相关的配置模块，以及伏能士焊机的通信参数设置。（3）能够在KUKA.WorkVisual中完成通信软件包的安装和配置，包括设置通信参数和I/O映射信号。任务3.2｜KUKA机器人与伏能士焊机的通信配置任务小结KUKA机器人与PLCProfinet通信配置项目3·任务3.3项目3·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任务小结在现代工业自动化生产线中，KUKA机器人作为执行终端，通常需要与PLC进行高效的数据交互，以实现生产流程的精确控制。Profinet作为一种基于以太网的工业通信协议，以其高速稳定和灵活的特点，成为KUKA机器人与PLC通信的理想选择。为了确保KUKA机器人能够与PLC无缝协作，需要完成Profinet通信的配置与调试。假如你是一名自动化工程师，负责为一套KUKA机器人系统进行Profinet通信配置，确保KUKA机器人能够与PLC实现数据交互，完成生产任务。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置任务导入知识目标◆（1）理解KUKA机器人与PLC通过Profinet通信的配置步骤，包括硬件连接和软件设置。◆

（2）学会配置PLC以支持Profinet通信，包括设置IP地址、子网掩码、网关等网络参数。能力目标◆（1）能够在KUKA.WorkVisual中完成Profinet通信的软件配置，包括设置通信参数和映射I/O信号。◆

（2）能够根据实际需求完成Profinet通信配置，并通过测试验证通信的正确性。素养目标◆（1）培养学生在通信配置中注重细节、精益求精的职业素养，确保通信配置的准确性和可靠性。◆

（2）通过小组合作完成通信配置任务，培养学生的团队协作能力和沟通能力，提高团队整体的效率和质量。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置任务目标1.基本概念Profinet：用于工业自动化的实时以太网通信协议，具有高速、可靠、兼容性强等特点，广泛应用于各种工业设备之间的数据传输。KUKA机器人：高精度、高性能的工业机器人，广泛应用于汽车制造、电子设备、物流等行业。其与PLC的Profinet通信可以实现自动化生产线的高效协同。2.通信设置步骤（1）硬件连接：将KUKA机器人、PLC和编程电脑通过交换机连接到同一网段中，确保网络连接稳定。（2）安装GSD文件：在PLC的编程软件（如西门子的TIA博途）中，安装与KUKA机器人对应的GSD文件，该文件可从KUKA机器人控制器的存储目录中获取。（3）PLC端配置。1）在TIA博途中新建项目，添加S7-1200型PLC设备。2）将安装好的GSD文件导入项目中，并进行设备组态，设置KUKA机器人的IP地址和设备名称等参数。（4）KUKA机器人端配置：1）打开KUKA.WorkVisual软件，激活控制器，添加Profinet接口。2）双击Profinet接口进行设置，如设备名称、输入输出端数量等，设备名称需与PLC端设置一致。3）进行信号映射，将KUKA机器人端的输入输出信号与Profinet端的信号进行对应连接。（5）代码生成与下载：在KUKA.WorkVisual中生成代码，并将其安装到KUKA机器人的控制器中。（6）信号确认：在PLC和KUKA机器人两端分别确认信号的正确性，确保数据传输正常。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置知识储备【小提示】（1）在进行硬件连接时，确保网线的质量和连接的牢固性，避免因网络问题导致通信失败。（2）安装GSD文件时，要选择与KUKA机器人型号和固件版本相匹配的文件，否则可能会出现兼容性问题。（3）在信号映射过程中，注意输入输出信号的顺序和类型，确保与实际需求一致。【注意事项】（1）编程电脑、PLC和KUKA机器人必须设置在同一个网段内，且IP地址不能冲突。（2）下载代码到控制器时，要注意在控制器上做好确认工作，避免因操作失误导致程序错误。（3）通信设置完成后，要进行充分的测试，确保在各种工作条件下都能稳定通信。【知识之窗】（1）Profinet本质上是一个开放式工业以太网通信协议，由西门子公司联合PROFIBUS&PROFINET国际协会共同开发。（2）KUKA机器人在汽车制造中的应用案例：如汽车车身焊接、喷漆等环节，KUKA机器人通过与PLC的Profinet通信，实现了高精度、高效率的自动化生产。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW；计算机等辅助设备。实施过程如下：（1）在TIA博途中新建项目，添加CPU1511-1PN，如图3-35所示。（2）安装KUKA机器人GSD文件，如图3-36所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-35添加CPU1511-1PN图3-36安装GSD文件任务实施（3）在硬件目录中选中“KRC4-ProfiNet_4.1”硬件组件，如图3-37所示，将选中的硬件组件拖放到网络视图编辑区。（4）为CPU添加PROFINET子网，并设置IP地址为192.168.0.1，如图3-38所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-37选中“KRC4-ProfiNet_4.1”硬件组件图3-38添加PROFINET子网任务实施（5）将KUKA硬件组件分配到PROFINET子网，如图3-39所示。（6）选中KUKA网络接口，在“以太网地址”页面中设置IP地址为“192.168.0.2”，PROFINET设备名称为“krc4”，如图3-40所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-39分配KUKA硬件组件图3-40设置IP地址和设备名称任务实施（7）进入KUKA设备视图，删除64个I/O安全模块和256个I/O模块，并重新添加I/O模块，如图3-41所示，将64个I/O模块添加到模块列表中，之后编译下载硬件组态。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-41添加I/O模块任务实施（8）打开KUKA机器人软件KUKA.WorkVisual。在项目浏览器中选择“KRC4项目”模板，输入文件名称为“KUKA-PLC”，如图3-42所示。（9）安装kop软件包。打开备选软件包管理，选择对应的安装包，如图3-43所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-42在KUKA.WorkVisual中创建新项目图3-43安装kop软件包任务实施（10）在“项目结构”页面右击“控制系统1”，选择“设为激活的控制系统”，再选择对应的固件版本，单击“确定”按钮，如图3-44所示。（11）在“项目结构”页面右击“BusStructure”，添加“PROFINET”总线组件，如图3-45所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-44选择对应的固件版本图3-45添加PROFINET总线组件任务实施（12）在“项目结构”页面右击“PROFINET”，添加“KRC4-ProfiNet_3.2KRC4-ProfiNet_3.2”，如图3-46所示。（13）双击“KRC4-ProfiNet_3.2KRC4-ProfiNet_3.2”，设置KUKA总线IP地址为“192.168.0.2”，设备名称为“KRC4”，如图3-47所示，确保与PLC组态的名称一致。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-46添加PROFINETI/O图3-47设置IP地址和设备名称任务实施（14）将KUKA输入端口映射到PROFINETI/O地址，如图3-48所示。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-48映射输入端口任务实施（15）同理，将KUKA输出端口映射到PROFINETI/O地址，如图3-49所示。（16）单击“生成代码”，如图3-50所示，单击“安装”按钮，将配置安装到控制系统中。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置图3-49映射输出端口图3-50下载安装任务实施（1）理解KUKA机器人与PLC通过Profinet通信的配置步骤，包括硬件连接和软件设置。（2）能够在KUKA.WorkVisual中完成Profinet通信的软件配置，包括设置通信参数和映射I/O信号。任务3.3｜KUKA机器人与PLCProfinet通信配置任务小结KUKA机器人运动指令应用项目4·任务4.1项目4·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任务小结在工业机器人应用中，运动指令是实现机器人精确运动控制的基础。作为KUKA机器人的操作者或编程人员，需要熟练掌握其运动指令，包括PTP、LIN和CIRC，并能够根据任务需求编写程序，控制机器人完成特定运动任务。在本任务中，你将学习KUKA机器人运动指令的基本语法和参数设置，并通过实际操作编写程序，实现机器人的基本运动控制。通过完成这项任务，你将为后续的复杂运动规划奠定坚实基础。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用任务导入知识目标◆（1）熟悉KUKA机器人编程语言中常见的运动指令，包括点到点运动（PTP）、直线运动（LIN）、圆弧运动（CIRC）等。◆

（2）理解运动指令的参数设置，包括目标点坐标、速度、加速度、轨迹逼近等。能力目标◆（1）培养学生分析任务需求、选择合适运动指令并解决实际问题的能力，能够独立完成机器人运动任务的编程和调试。◆

（2）通过运动指令的学习和实践，提高学生的编程思维能力，培养良好的编程习惯。素养目标◆（1）强调编程的规范性和严谨性，确保学生在编写运动指令时遵循KUKA机器人编程语言的语法和逻辑，提高程序的可读性和可靠性。◆

（2）在编程和操作机器人时，严格遵守操作规程和安全规范，培养学生的职业责任意识和安全意识。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用任务目标1.机器人示教编程对机器人运动进行示教编程需要知道机器人的位置POS，指定运行方式（PTP点到点、LIN直线、CIRC圆弧），设定速度Vel和加速度Acc，以及轨迹逼近参数CONT，还有针对每个运动对姿态引导的单独设置等。一般情况是，对机器人所要通过的所有空间点进行逐点示教，并且用轨迹示教指令（PTP点到点、LIN直线、CIRC圆弧）将示教点连接起来，从而创建一个新的运动指令，见表4-1。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用知识储备用示教方式对机器人运动进行编程时必须传输这些参数信息，运动指令编程如图4-2所示。图4-2运动指令编程任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-2运动指令编程知识储备2.运动方式机器人有不同的运动方式，可根据具体工作任务选用相应的运动指令进行编程。（1）按轴坐标运动，PTP（点到点）。如图4-3所示，机器人沿最快的轨迹将TCP引至目标点。一般情况下，最快的轨迹并不是最短的轨迹，也就是说并非直线。因为机器人轴进行回转运动，所以曲线轨迹比直线轨迹运行得更快。因此，该运动方式无法事先知道精确的运动过程。（2）沿轨迹的运动，LIN（直线）和CIRC（圆弧）。如图4-4所示，LIN是机器人沿一条直线以定义的速度将TCP引至目标点。CIRC是机器人沿圆弧轨迹以定义的速度将TCP移动至目标点。圆弧轨迹是通过起点、辅助点和目标点定义的。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-3按轴坐标运动PTP图4-4沿轨迹的运动LIN和CIRC（3）SPLINE样条是一种尤其适用于复杂曲线轨迹的运动方式。这种轨迹原则上也可以通过LIN运动和CIRC运动生成，但是样条更有优势。知识储备3.轨迹逼近轨迹逼近是指机器人将不会精确移至程序编定的点，如图4-5所示。轨迹逼近可通过圆滑过渡选项实现，可在进行运动编程时选择。【小提示】如果选定的运动语句包括PTP运行指令，则BCO运行将作为PTP运动从实际位置移动到目标位置。如果选定的运动语句包括LIN或CIRC运行指令，则BCO运行将作为LIN运动被执行。执行过程中需观察运动路径，防止发生碰撞。BCO运行期间速度将自动降低。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-5轨迹逼近知识储备【注意事项】（1）PTP：仅用于快速空跑路径，避免在焊接/搬运等工艺段使用。（2）LIN：焊接/涂装等轨迹工艺首选，需检查TCP精度。（3）CIRC：需预设三个路径点，且中间点不得与起止点共线。（4）在编写和执行运动指令时，应确保机器人的工作区域内没有障碍物，避免碰撞。（5）在调试阶段，建议使用较低的速度，待程序稳定后再逐步提高速度。（6）确保工具坐标系已正确校准，避免因工具位置误差导致运动偏差。（7）在执行新程序前，务必备份现有程序，以防程序出错或数据丢失。【知识之窗】如果运行某个程序，则对于编程控制的机器人运动，可提供多种程序运行方式（表4-2）。任务4.1｜KUKA机器人运动指令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）在如图4-6（a）所示的页面中先单击下方的“指令OK”按钮，系统将出现语句行，将TCP移向应被示教为目标点的位置，再单击下方的“Touch-Up”按钮，如图4-6（b）所示，在弹出的对话框中单击“是”按钮。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-6创建PTP运动任务实施（2）选中应添加或修改运动指令的语句行，单击下方的“语句行选择”按钮，如图4-7（a）所示。（3）单击图4-7（b）左下角“更改”按钮，弹出可以修改运动指令的画面，在出现的联机表格中对其进行修改，如图4-8所示。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-7语句行选择和更改图4-8修改运动指令任务实施（4）单击如图4-9所示的扩展箭头，可以弹出相应的选择内容项目。（5）PTP运动参数说明见表4-3。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-9运动参数修改选项任务实施（6）修改目标点的名称，如图4-10所示。（7）点开如图4-11所示的扩展箭头，可以选择“CONT”选项。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-10修改目标点的名称图4-11选择“CONT”选项任务实施（8）在选项窗口中输入工具和基坐标系的正确数据，以及关于插补模式的数据（外部TCP：开/关）和碰撞识别的数据，选项窗口如图4-12所示。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-12选项窗口参数选项任务实施（9）在移动参数选项窗口中可以将加速度从最大值降下来，如图4-13所示，如果已经激活CONT，则更改CONT的轨迹逼近距离。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用图4-13轨迹加速度和轨迹逼近距离选项任务实施（1）熟悉KUKA机器人编程语言中常见的运动指令，包括点到点运动（PTP）、直线运动（LIN）、圆弧运动（CIRC）等。（2）培养学生分析任务需求、选择合适运动指令并解决实际问题的能力，能够独立完成机器人运动任务的编程和调试。任务4.1｜KUKA机器人运动指令应用任务小结KUKA机器人直线轨迹编程项目4·任务4.2项目4·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任务小结在一家汽车零配件制造工厂中，机器人需要完成焊接任务。其中，一部分焊缝是直线形，要求机器人精准地沿焊缝移动，同时保持稳定的焊接姿态。你的任务是编写一段KUKA机器人运动程序，模拟这一焊接过程，如图4-17所示。具体任务包括：（1）根据焊缝的实际位置和长度，确定机器人运动的起点和终点。（2）使用KUKA机器人直线运动指令（LIN），编写运动程序控制机器人沿焊缝移动。设置合适的速度、姿态和焊接参数。任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程图4-17直线编程案例任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人直线运动指令的使用方法。◆（2）学会规划机器人直线运动路径，避免发生碰撞和进入奇点位置。能力目标◆（1）能够使用KUKA机器人编写直线运动程序，包括设置目标点、速度、轨迹逼近等参数。◆

（2）能够将所学知识应用于实际工业场景，实现机器人在直线路径上的精确运动。素养目标◆（1）培养学生在编程过程中注重细节的职业素养，确保程序的准确性和可靠性。◆（2）强化学生在实际操作中的安全意识，严格遵守操作规程，确保设备和人员的安全。任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程任务目标1.LIN运动方式的含义与应用LIN运动方式的含义与应用见表4-5。（1）直线型轨迹运动；轨迹应用，例如：（2）工具的TCP按设定的姿态从起点匀速移动LIN轨迹焊接、贴装、激光到目标点；焊接/切割（3）速度和姿态均以TCP为参照点任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程知识储备2.LIN运动方式下的姿态引导TCP在运动的起始点和目标点处的方向可能不同。起始方向可能以多种方式过渡到目标方向。如图4-15所示，在TCP运动编程时必须选择一种方式。（a）LIN恒定的方向（b）LIN姿态引导图4-15LIN直线运动的恒定方向与姿态引导对比任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程图4-15LIN直线运动的恒定方向与姿态引导对比知识储备3.创建LIN运动创建LIN运动的过程如下：（1）将TCP移至应被示教为目标点的位置。（2）将光标置于其后应添加运动指令的那一行。（3）依次选择“菜单序列指令|运动|LIN”。（4）打开对应项的联机表格，在联机表格中输入参数，如图4-16所示。任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程图4-16LIN运动联机表格知识储备4.LIN运动参数说明LIN运动参数说明见表4-6。任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程知识储备【小提示】在编写直线运动程序时，注意设置合适的速度和加速度，以确保机器人运动的平稳性。【注意事项】（1）在实际操作中，确保机器人处于安全模式，避免发生碰撞或意外。（2）在编写程序时，注意检查语法错误和逻辑错误，确保程序的正确性。【知识之窗】1.奇点位置有着6个自由度的KUKA机器人具有3个不同的奇点位置。即便在给定状态和步骤顺序的情况下，也无法通过逆向运算（将笛卡尔坐标转换成轴坐标值）得出唯一数值时，该位置即可认为是一个奇点位置。此外，当最小的笛卡尔变化也能导致非常大的轴角度变化时的位置也称为奇点位置。奇点不是机械特性，而是数学特性，因此，奇点只存在于轨迹运动中，而在轴运动时不存在。任务4.2｜KUKA机器人直线轨迹编程知识储备2.BCO运行KUKA机器人的初始化运行被称为BCO运行。BCO是BlockCoincidence（即程序段重合）的缩写。这里的重合意为“一致”及“时间/空间事件的会合”。3.存档和还原机器人程序（1）存档途径。在每个存档过程中，系统会在相应的目标媒质上生成一个ZIP文件，该文件与机器人同名。该文件的名称在机器人数据下可进行单独修改。（2）存储位置。存档时，有三个不同的存储位置可供选择：1）USB（KCP）：存储在KCP控制面板的USB接口上。2）USB（控制柜）：存储在机器人控制柜上的USB接口上。3）网络路径：在一个网络路径上存档，所需的网络路径必须在机器人数据下配置。（3）还原数据。通常情况下，只允许载入具有相应软件版本的文档。如果载入其他文档，则可能出现以下后果；1）故障信息。2）机器人控制器无法运行。3）人员受伤以及财产损失。