工业机器人核心技术及应用教案初识工业机器人的作业示教.docx
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工业机器人核心技术及应用教案初识工业机器人的作业示教
第四章初识工业机器人作业示教
4.1工业机器人示教重要内容
4.1.1运动轨迹
4.1.2作业条件
4.1.3作业顺序
学习目的导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习
4.2工业机器人简朴试教学与再现
4.2.1在线示教及其特点
4.2.2在线示教基本环节其特点
4.3工业机器人离线编程技术
4.3.1离线编程及其特点
4.3.2离线编程系统软件架构
4.3.3离线编程基本环节
课前回顾
如何选取机器人坐标系和运动轴?
机器人点动与持续移动有何区别,分别适合在哪些场合运用?
学习目的
认知目的
掌握工业机器人示教重要内容
熟悉机器人在线示教特点与操作流程
熟悉机器人离线编程特点与操作流程
掌握机器人示教-再现工作原理
能力目的
可以进行工业机器人简朴作业在线示教与再现
可以进行工业机器人离线作业示教与再现
导入案例
机器人职业前景分析
对于机器人公司来说,她们需要高品位人才,至少应熟悉编程语言和仿真设计,以及神经网络、模糊控制等惯用控制算法,能达到指引员工限度。
在此基本上,能根据实际状况自主研究算法。
此外,最佳还能主导大型机电一体化设备研发,具备一定管理能力。
而别的调试,操作员工规定相应递减。
跟据职能划分,大概可分为四个工种:
1.工程师助手,重要责任是协助工程师绘制机械图样、电气图样、简朴工装夹具设计、制作工艺卡片、指引工人按照装配图进行组装;2.机器人生产线试产员与操作员;3.机器人总装与调试者;4.高品位维修或售后服务人员。
课堂认知
4.1工业机器人示教重要内容
当前,公司引入以第一代工业机器人为主,其基本工作原理是“示教-再现”。
“示教”也称导引,即由操作者直接或间接导引机器人,一步步按实际作业规定告知机器人应当完毕动作和作业详细内容,机器人在导引过程中以程序形式将其记忆下来,并存储在机器人控制装置内;“再现”则是通过存储内容回放,机器人就能在一定精度范畴内按照程序呈现所示教动作和赋予作业内容程序是把机器人作业内容用机器人语言加以描述文献,用于保存示教操作中产生示教数据和机器人指令。
机器人完毕作业所需信息涉及运动轨迹、作业条件和作业顺序。
4.1.1运动轨迹
运动轨迹是机器人为完毕某一作业,工具中心点(TCP)所掠过途径,是机器示教重点。
从运动方式上看,工业机器人具备点到点(PTP)运动和持续途径(CP)运动2种形式。
按运动途径种类区别,工业机器人具备直线和圆弧2种动作类型。
示教时,直线轨迹示教2个程序点(直线起始点和直线结束点);圆弧轨迹示教3个程序点(圆弧起始点、圆弧中间点和圆弧结束点)。
在详细操作过程中,普通PTP示教各段运动轨迹端点,而CP运动由机器人控制系统途径规划模块经插补运算产生。
机器人运动轨迹
机器人运动轨迹示教重要是确认程序点属性。
每个程序点重要包括:
位置坐标:
描述机器人TCP6个自由度(3个平动自由度和3个转动自由度)。
插补方式:
机器人再现时,从前一程序点移动到当前程序点动作类型。
再现速度:
机器人再现时,从前一程序点移动到当前程序点速度。
空走点:
指从当前程序点移动到下一程序点整个过程不需要实行作业,用于示教
除作业开始点和作业中间点之外程序点。
作业点:
指从当前程序点移动到下一程序点整个过程需要实行作业,用于作业开始点和作业中间点。
空走点和作业点决定从当前程序点移动到下一程序点与否实行作业。
提示作业区间再现速度普通按作业参数中指定速度移动,
而空走区间移动速度则按移动命令中指定速度移动;
登录程序点时,程序点属性值也将一同被登录。
工业机器人常用插补方式
插补方式
动作描述
动作图示
关节插补
机器人在未规定采用何种轨
迹移动时,默认采用关节插补。
出于安全考虑,普通在程序点1用关节插补示教。
直线插补
机器人从前一程序点到当前
程序点运营一段直线,即直线轨迹仅示教1个程序点(直线结束点)即可。
直线插补重要用于直线轨迹作业示教。
圆弧插补
机器人沿着用圆弧插补示教
3个程序点执行圆弧轨迹移动。
圆弧插补重要用于圆弧轨迹作业示教。
起点
4.1.2作业条件
工业机器人作业条件登录办法,有3种形式:
使用作业条件文献输入作业条件文献称为作业条件文献。
使用这些文献,可使作业命令应用更简便。
在作业命令附加项中直接设定一方面需要理解机器人指令语言形式,或程序编辑画面构成要素。
程序语句普通由行标号、命令及附加项几某些构成。
8:
JP[1]100%FINE0008MOVJVJ=80.00
①②③①②③
(a)FANUC机器人(b)YASKAWA机器人
程序语句重要构成要素
手动设定在某些应用场合下,关于作业参数设定需要手动进行。
4.1.3作业顺序
作业顺序不但可保证产品质量,并且可提高效率。
作业顺序设立重要涉及:
作业对象工艺顺序在某些简朴作业场合,作业顺序设定同机器人运动轨迹示教合二为一。
机器人与外围周边设备动作顺序在完整工业机器人系统中,除机器人自身外,还涉及某些周边设备,如变位机、移动滑台、自动工具快换装置等。
工业机器人四巨头机器人移动命令
在线示教因简朴直观、易于掌握,是工业机器人当前普遍采用编程方式。
4.2.1在线示教及特点
由操作人员手持示教器引导,控制机器人运动,记录机器人作业程序点并插入所需机器人命令来完毕程序编制。
典型示教过程是依托操作者观测机器人及其末端夹持工具相对于作业对象位姿,通过对示教器操作,重复调节程序点处机器人作业位姿、运动参数和工艺条件,再转入下一程序点示教。
工业机器人在线示教
初期机器人作业编程系统中,亦有一种人工牵引示教(也称直接示教或手把手示教)。
即由操作人员牵引装有力-力矩传感器机器人末端执行器对工件实行作业,机器人实时记录整个示教轨迹与工艺参数,然后依照这些在线参数就能精确再现整个作业过程。
在线示教作业任务编制共同特点:
1)运用机器人有较高重复定位精度长处,减少了系统误差对机器人运动绝对精度影响。
2)规定操作者有专业知识和纯熟操作技能,近距离示教操作,有一定危险性,安全性较差。
3)示教过程繁琐、费时,需要依照作业任务重复调节末端执行器位姿,占用了大量时间,时效性较差。
4)机器人在线示教精度完全靠操作者经验目测决定,对于复杂运动轨迹难以获得令人满意示教效果。
5)机器人示教时关闭与外围设备联系功能。
对需要依照外部信息进行实时决策应用就显得无能为力。
6)在柔性制造系统中,这种编程方式无法与CAD数据库相连接。
4.2.2在线示教基本环节通过在线示教方式为机器人输入从工件A点到B点加工程序。
机器人运动轨迹
▲为提高工作效率,普通将程序点6和程序点1设在同一位置。
程序点阐明
程序点
说明
程序点
说明
程序点
说明
程序点1
机器人原点
程序点3
作业开始点
程序点5
作业规避点
程序点2
作业临近点
程序点4
作业结束点
程序点6
机器人原点
(1)示教前准备
(2)新建作业程序
1)工件表面清理。
作业程序是用机器人语言描述
2)工件装夹。
机器人工作单元作业内容,重要
3)安全确认。
用于登录示教数据和机器人指令。
4)机器人原点确认
在线示教基本流程
(3)程序点登录
运动轨迹示教办法
程序点
示教办法
程序点1
(机器人原点)
•按第3章手动操纵机器人要领移动机器人到原点。
•将程序点属性设定为“空走点”,插补方式选“PTP”。
•确认保存程序点1为机器人原点。
程序点2
(作业临近点)
•手动操纵机器人移动到作业临近点。
•将程序点属性设定为“空走点”,插补方式选“PTP”。
•确认保存程序点2为作业临近点。
程序点3
(作业开始点)
•手动操纵机器人移动到作业开始点。
•确认保存程序点3为作业开始点。
•如有需要,手动插入焊接开始作业命令。
程序点4
(作业结束点)
•手动操纵机器人移动到作业结束点。
•将程序点属性设定为“空走点”,插补方式选“直线插补”。
•确认保存程序点4为作业结束点。
•如有需要,手动插入焊接结束作业命令。
程序点5
(作业规避点)
•手动操纵机器人移动到作业规避点。
•将程序点属性设定为“空走点”,插补方式选“直线插补”。
•确认保存程序点5为作业规避点。
程序点6
(机器人原点)
•手动操纵机器人要领移动机器人到原点。
•将程序点属性设定为“空走点”,插补方式选“PTP”。
•确认保存程序点6为机器人原点。
(4)设定作业条件
①在作业开始命令中设定焊接开始规范及焊接开始动作顺序;
②在焊接结束命令中设定焊接结束规范及焊接结束动作顺序;
③手动调节保护气体流量。
(5)检查试运营
跟踪重要目是检查示教生成动作以及末端工具指向位置与否已登录。
单步运转
持续运转
通过逐行执行当前行(光标所在行)程序
通过逐行执行当前行(光标所在行)程序
语句,机器人实现两个临近程序点间单步
语句末尾,机器人完毕各种程序点顺向
正向或反向移动。
结束1行执行后,机器
持续移动。
程序为顺序执行,因此仅能实现,
人动作暂停。
正向跟踪多用于作业周期预计。
跟踪方式
确认机器人附近无人后,按如下顺序执行作业程序测试运转:
1)打开要测试程序文献。
2)移动光标至盼望跟踪程序点所在命令行。
3)持续按住示教器上关于【跟踪功能键】,实现机器人单步或持续运转。
提示
当机器人TCP当前位置与光标所在行不一致时,按下【跟踪功能键】,机器人将从当前位置移动到光标所在程序点位置;而当机器人TCP当前位置与光标所在行一致时,机器人将从当前位置移动到下一临近示教点位置。
执行检查运营时,不执行起弧、喷涂等作业命令,只执行空再现。
运用跟踪操作可迅速实现程序点变更、增长和删除。
(6)再现施焊
工业机器人程序启动可用两种办法:
手动启动:
使用示教器上【启动按钮】来启动程序方式。
适合伙业任务及测试阶段。
自动启动:
运用外部设备输入信号来启动程序方式。
在实际生产中经惯用到。
在确认机器人运营范畴内没有其她人员或障碍物后,接通保护气体,采用手动启动方式实现自动焊接作业。
1)打开要再现作业程序,并移动光标到程序开头。
2)切换【模式旋钮】至“再现/自动”状态。
3)按示教器上【伺服ON按钮】,接通伺服电源。
4)按【启动按钮】,机器人开始运营。
提示
执行程序时,光标跟随再现过程移动,程序内容自动滚动显示。
4.3.1离线编程及其特点
离线编程是运用计算机图形学成果,建立起机器人及其工作环境几何模型,通过对图形控制和操作,使用机器人编程语言描述机器人作业任务,然后对编程成果进行三维图形动画仿真,离线计算、规划和调试机器人程序对的性,并生成机器人控制器可执行代码,最后通过通讯接口发送至机器人控制器。
机器人离线编程
基于虚拟现实技术机器人作业编程已成为机器人学中新兴研究方向,它将虚拟现实作为高品位人机接口,容许顾客通过声、像、力以及图形等各种交互设备实时地与虚拟环境交互。
机器人虚拟示教
4.3.2离线编程系统软件构架
典型机器人离线编程系统软件架构,重要由建模模块、布局模块、编程模块、仿真模块、程序生成及通讯模块构成。
典型机器人离线编程系统软件架构
建模模块:
这是离线编程系统基本,为机器人和工件编程与仿真提供可视三
维几何造型。
布局模块:
按机器人实际工作单元安装格局在仿真环境下进行整个机器人系统模
型空间布局。
编程模块:
涉及运动学计算、轨迹规划等,前者是控制机器人运动根据;后者用
来生成机器人关节空间或直角空间里轨迹。
仿真模块:
用来检查编制机器人程序与否对的、可靠,普通具备碰撞检查功能。
程序生成:
把仿真系统所生成运动程序转换成被加载机器人控制器可以接受代
码指令,以命令真实机器人工作。
接口通讯:
离线编程系统重要某些分为顾客接口和通讯接口:
前者设计成交互
式,可运用鼠标操作机器人运动;后者负责连接离线编程系统与机器人
控制器。
提示
在离线编程软件中,机器人和设备模型均为三维显示,可直观设立、观测机器人位置、动作与干涉状况。
在实际购买机器人设备之前,通过预先分析机器人工作站配备状况,可使选型更加精确。
离线编程软件使用力学、工程学等计算公式和实际机器人完全一致。
因而,模仿精度很高,可精确无误地模仿机器人动作。
离线编程软件中机器人设立、操作和实际机器人上几乎完全相似,程序编辑画面也与在线示教相似。
运用离线编程软件做好模仿动画可输出为视频格式,便于学习和交流。
4.3.3离线编程基本环节
通过离线方式输入从A到B作业点程序。
▲为提高工作效率,普通将程序点6和程序点1设在同一位置。
机器人运动轨迹
离线编程基本流程
(1)几何建模
机器人工作台几何建模
提示
各机器人公司开发离线编程软件模型库中基本具有其生产所有型号机器人本体模型和某些典型周边设备模型;
在导入由其她CAD软件绘制机器人工作环境模型时,要注意参照坐标系与否一致问题。
(2)空间布局
提供一种与机器人进行交互虚拟环境,需要把整个机器人系统(涉及机器人本体、变位机、工件、周边作业设备等)模型按照实际装配和安装状况在仿真环境中进行布局。
机器人及其作业环境布局
(3)运动规划
运动规划重要有两个方面:
作业位置规划和作业途径规划。
作业位置规划在机器人运动空间可达性条件下,尽量减少机器人在作业过程中极限运动或机器人各轴极限位置。
作业途径规划在保证末端工具作业姿态前提下,避免机器人与工件、夹具、周边设备等发生碰撞。
机器人运动规划
提示
同在线示教同样,机器人离线运动规划需新建一种作业程序以保存示教数据和机器人指令。
采用在线示教方式操作机器人运动重要是通过示教器上按键,而离线编程操作机器人三维图形运动重要用鼠标。
(4)动画仿真
系统对运动规划成果进行三维图形动画仿真,模仿整个作业状况,检查末端工具发生碰撞也许性及机器人运动轨迹与否合理,并计算机器人每个工步操作时间和整个工作过程循环时间,为离线编程成果可行性提供参照。
作业开始点仿真作业结束点仿真
(5)程序生成及传播
作业程序仿真成果完全达到作业规定后,将该作业程序转换成机器人控制程序和数据,并通过通信接口下载到机器人控制柜,驱动机器人执行指定作业任务。
(6)运营确认与施焊
处在安全考虑,离线编程生成目的作业程序在自动运转前需跟踪试运营。
至此,机器人从工件A点到B点离线作业编程操作完毕。
提示
开始再现前,请做如下准备工作:
工件表面清理与装夹、机器人原点确认。
出于生产现场复杂性、作业可靠性等方面考虑,工业机器人作业示教在短期内仍将无法脱离在线示教现状。
无论在线示教还是离线编程,其重要目是完毕机器人运动轨迹、作业条件和作业顺序示教。
机器人示教重要内容
扩展与提高
机器人作业程序编辑
常用操作有程序点追加、变更和删除,机器人移动速度修改以及机器人指令添加。
1.程序点追加、变更和删除
程序点编辑办法
编辑类别
操作要领
动作图示
示教点
追加
•使用跟踪功能将机器人移动到程序点1位置。
•手动操作机器人移动到新目的点位置(程序点3)。
•点按示教器按键登录程序点3。
程序点3
示教点
变更
•使用跟踪功能将机器人移动到程序点2位置。
•手动操作机器人移动到新目的点位置。
程序点2
示教点
删除
•点按示教器按键登录程序点2。
•使用跟踪功能将机器人移动到程序点2位置。
•点按示教器按键删除程序点2。
程序点3
2.机器人移动速度修改
示教再现操作过程中,涉及3类动作速度:
手动操作机器人移动时示教速度、运动轨迹确认时跟踪速度、程序自动运转时再现速度。
示教速度使用示教器手动操作机器人移动速度,分点动速度和持续移动速度。
跟踪速度使用示教器进行运营轨迹确认,或者程序编辑中跟踪机器人到某一程序点位置时移动速度。
跟踪操作时,普通有作业条件速度、移动命令速度以及高低档速度切换三种选取。
再现速度运营示教程序机器人移动速度。
同跟踪速度类似,在作业区间内按照作业命令中速度运营,而空走区间按照移动命令中速度运营。
3.机器人指令添加
机器人指令分为如下几类:
动作指令、作业指令、寄存器指令、I/O指令、跳转指令和其她指令。
动作指令:
指以指定移动速度和插补方式使机器人向作业空间内指定位置移动
指令。
作业指令:
根据机器人详细应用领域而编制一类指令,如码垛指令、焊接指令搬
运指令等。
寄存器指令:
进行寄存器算术运算指令。
I/O指令:
变化向外围设备输出信号,或读取输入信号状态指令。
跳转指令:
使程序执行从程序某一行转移到其她(程序)行,如标签指令、程
序结束指令、条件转移指令及无条件转移指令等。
其她指令:
如计时器指令、注释指令等。
本章小结
当前国际上商品化、实用化工业机器人基本都属属于第一代工业机器人,它基本工作原理是“示教-再现”。
“示教”就是机器人学习过程,“再现”是机器人按照示教时记录下来程序呈现这些动工业机器人工作前,普通是通过“示教”办法为机器人作业程序生成运动命令,当前重要采用两种方式进行:
一是在线示教;二是离线编程。
对工业机器人作业任务进行编程,无论是在线示教还是离线编程,其重要涉及运动轨迹、作业条件和作业顺序三方面示教。
思考练习
1、填空
(1)_______也称导引,即由操作者直接或间接导引机器人,一步步按实际作业规定告知机器人应当完毕动作和作业详细内容,机器人在导引过程中以______形式将其记忆下来,并存储在机器人控制装置内;______则是通过存储内容回放,机器人就能在一定精度范畴内按照程序呈现所示教动作和赋予作业内容。
(2)______重要目是检查示教生成动作以及末端工具指向位置与否已登录。
(3)______是运用计算机图形学成果,在计算机中建立起机器人及其工作环境模型,通过对图形控制和操作,在不使用实际机器人状况下编程,进而产生机器人程序。
2、选取
(1)对工业机器人进行作业编程,重要内容包括()。
①运动轨迹;②作业条件;③作业顺序;④插补方式
A.①②B.①②③C.①③D.①②③④
(2)机器人运动轨迹示教重要是确认程序点属性,这些属性涉及()。
①位置坐标;②插补方式;③再现速度;④作业点/空走点
A.①②B.①②③C.①③D.①②③④
(3)与老式在线示教编程相比,离线编程具备如下长处:
()。
①减少机器人非工作时间;②使编程者远离苛刻工作环境;③便于修改
机器人程序;④可结合各种人工智能等技术提高编程效率;⑤便于和CAD/CAM
系统结合,做到CAD、CAM、Robotics一体化
A.①②④⑤B.①②③C.①③④⑤D.①②③④⑤
3、判断
(1)因技术尚未成熟,当前广泛应用工业机器人绝大多数属于第一代机器人,它基本工
作原理是示教-再现。
()
(2)机器人示教时,对于有规律轨迹,原则上仅需示教几种核心点。
()
(3)采用直线插补示教程序点指是从当前程序点移动到下一程序点运营一段直线。
()
(4)离线编程是工业机器人当前普遍采用编程方式。
()
(5)虽然示教再现方式存在机器人占用机时、效率低等诸多缺陷,人们也试图通过采用传感器使机器人智能化,但在复杂生产现场和作业可靠性等方面处处碰壁,难以实现。
因而,工业机器人作业示教在相称长时间内仍将无法脱离在线示教现状。
()
4、综合应用
用机器人完毕下图所示直线轨迹(A→B)焊接作业,回答如下问题:
1)结合详细示教过程,填写下表(请在相应选项下打“√”)。
2)实际作业编程时,为提高效率,对程序点1和程序点6如何解决?
简述操作过程。
直线轨迹作业示教
程序点
作业点/空走点
插补方式
作业点
空走点
PTP
直线插补
程序点1
程序点2
程序点3
程序点4
程序点5
程序点6
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