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ABB工业机器人编程与操作150.ppt

文档编号：30872703
上传时间：2024-09-13
格式：PPT
页数：150
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ABB工业机器人编程与操作150.ppt

工业机器人及应用工业机器人及应用项目一、任务项目一、任务1一、机器人的一般概念一、机器人的一般概念1.机器人的产生机器人的产生vv机器人机器人机器人机器人凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。

凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。

机器人不一定类人。

概念辨析：

机器、机床机器、机床只是工具，不能代替人。

只是工具，不能代替人。

vv名词的由来名词的由来名词的由来名词的由来Robot=Robota（捷克语捷克语）=奴隶、苦力。

奴隶、苦力。

提出：

1921，捷克作家，捷克作家Karelapek（卡雷尔（卡雷尔恰佩克）恰佩克）Robotics=机器人学（学科名）。

机器人学（学科名）。

提出：

1942，美国科幻小说家，美国科幻小说家IsaacAsimov（艾萨（艾萨克克阿西莫夫）阿西莫夫）。

机器人（研发）三原则要点：

不得伤害人类不得伤害人类；执行人的命令执行人的命令；能够自我保护。

能够自我保护。

vv最早的产品最早的产品最早的产品最早的产品Unimate（美国，（美国，1959年）年）。

性质：

工业机器人（用于工业生产环境的机器人）工业机器人（用于工业生产环境的机器人）。

2.机器人的发展机器人的发展第一代：

第一代：

行为需人演示、教导行为需人演示、教导（示教），（示教），但能记录并复但能记录并复制制（再现）（再现）动作。

动作。

示教（示教（Teach.in）机器人）机器人。

第二代：

有一定传感器，能进行简单分析、推理，适当有一定传感器，能进行简单分析、推理，适当调整行为。

调整行为。

感知机器人。

第三代：

有大量传感器，能进行复杂分析、推理，自主有大量传感器，能进行复杂分析、推理，自主决定行为。

决定行为。

智能机器人。

要点：

判别机器人的标准：

是否能离开人独立工作。

只要能代替人的机器，都属于机器人范畴。

洗碗机、扫地机、理疗机、无人飞机、火星探测车、无洗碗机、扫地机、理疗机、无人飞机、火星探测车、无人潜水器都是机器人。

人潜水器都是机器人。

最早研制的机器人是最早研制的机器人是工业机器人。

工业机器人。

工业机器人以工业机器人以第一代第一代为主为主；服务机器人属于服务机器人属于第三代第三代。

3.机器人的分类机器人的分类按应用场合，分工业机器人、服务机器人两类；按应用场合，分工业机器人、服务机器人两类；见见P6图图1-2-1。

vv工业机器人工业机器人工业机器人工业机器人（IndustrialRobots，简称，简称IR）：

用于工业环境的可编程、多用途自动化设备用于工业环境的可编程、多用途自动化设备；作业环境、要求为已知，产品以第一代机器人居多；作业环境、要求为已知，产品以第一代机器人居多；用来代替人工操作，保障人身安全、减轻劳动强度、用来代替人工操作，保障人身安全、减轻劳动强度、提高劳动生产率。

提高劳动生产率。

主要产品：

加工类：

焊接、切割、抛光、研磨等粗加工。

目的：

保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加目的：

保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加工（与工（与CNC机床不同）！

机床不同）！

装配类：

喷涂、油漆、电子元件插接（喷涂、油漆、电子元件插接（3C行业）等；行业）等；目的：

保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。

目的：

保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。

搬运类：

物品输送、装卸等；物品输送、装卸等；目的：

提高自动化程度、避免繁重作业。

目的：

提高自动化程度、避免繁重作业。

包装类：

分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；目的：

保障安全卫生、提高自动化程度。

目的：

保障安全卫生、提高自动化程度。

vv服务机器人（服务机器人（服务机器人（服务机器人（ServiceRobotsServiceRobots）：

服务于人类非生产性活动的机器人总称；服务于人类非生产性活动的机器人总称；作业环境为未知，大多具备作业环境为未知，大多具备“行走行走”功能，产品技术要功能，产品技术要求高，以第二、三代机器人居多；求高，以第二、三代机器人居多；市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的95%以上。

以上。

主要产品：

个人个人/家庭机器人家庭机器人（Personal/DomesticRobots）：

洗洗碗、扫地、麻将机等。

碗、扫地、麻将机等。

军事机器人军事机器人（MilitaryRobots）:

无人驾驶飞行器（无无人驾驶飞行器（无人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、机人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、机器人战士等。

器人战士等。

医疗机器人医疗机器人（medicaltreatmentRobots）：

诊断、手诊断、手术或手术辅助、康复机器人等术或手术辅助、康复机器人等。

场地机器人场地机器人（FieldRobots）：

用于科学研究和公共事用于科学研究和公共事业服务的、可进行大范围作业的机器人。

如太空探测、业服务的、可进行大范围作业的机器人。

如太空探测、水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。

水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。

4.4.各国水平各国水平vv美国：

美国：

机器人发源地，水平遥遥领先，产品以第三代机器人机器人发源地，水平遥遥领先，产品以第三代机器人为主，占全球为主，占全球60%以上市场。

以上市场。

著名企业：

个人个人/家用机器人：

家用机器人：

iRobot、Neato等。

等。

医疗机器人：

IntuitiveSurgical（直觉外科）等。

（直觉外科）等。

军事机器人：

LockheedMartin（洛克希德马丁）、（洛克希德马丁）、BostonDynamics（波士顿动力，已被（波士顿动力，已被Google并购）等并购）等场地机器人：

场地机器人：

Boeing（波音）（波音）、NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局）、，美国宇航局）、Remotec等等。

BigDog-LS3（军事）Curiosity火星车（场地）Care-O-Bot4（家庭）vv日本：

日本：

工业机器人及减速器、个人工业机器人及减速器、个人/家用机器人，产量第一家用机器人，产量第一（占（占50%）、护理（医疗）机器人水平领先。

）、护理（医疗）机器人水平领先。

著名企业：

工业机器人工业机器人&机器人减速器：

机器人减速器：

FANUC（发那科）、（发那科）、YASKAWA（安川）、（安川）、KAWASAKI（川崎）等。

（川崎）等。

个人个人/家用家用&护理机器人：

护理机器人：

Panasonic（松下）、（松下）、HONDA（本田）、（本田）、RikenInstitute（理化学研究所）（理化学研究所）等。

等。

vv欧盟：

欧盟：

著名企业：

工业机器人：

ABB（瑞典（瑞典&瑞士）瑞士）、KUKA（库卡，（库卡，德）、德）、REIS（徕斯，（徕斯，KUKA成员）成员）。

服务机器人：

德国宇航中心、德国宇航中心、Karcher、FraunhoferInstituteforManufacturingEngineeringandAutomatic（弗劳恩霍夫制造技术自动化研究所）等。

（弗劳恩霍夫制造技术自动化研究所）等。

vv中国：

中国：

工业机器人：

全球最大的市场。

2014年：

年：

全球全球22.5万，中国万，中国5.7万、占万、占25.3%；2015年：

年：

全球全球24.8万，中国万，中国6.7万、占万、占27%；2016年：

年：

全球全球29.4万，中国万，中国8.7万、占万、占30%；2017年：

年：

全球全球38万，万，中国中国14.1万、占万、占37%。

军事、场地机器人：

处于世界先进水平。

练一练练一练：

完成完成P17技能训练技能训练项目一、任务项目一、任务2一、工业机器人组成与特点一、工业机器人组成与特点1.系统组成（系统组成（P17、图、图2-1-1）后述内容中，工业机器人简称后述内容中，工业机器人简称“机器人机器人”机电设备机电设备=机械机械+电气电气vv机械部分机械部分本体本体（必需）（必需）又称操作机，实现机器人动作的又称操作机，实现机器人动作的执行机构执行机构；包括机械部件、驱动电机、传感器等包括机械部件、驱动电机、传感器等；由由关节关节（Joint）和）和连杆连杆（Link）连接而成；）连接而成；关节：

可回转、摆动的间接连接机构（转动副）；关节：

可回转、摆动的间接连接机构（转动副）；连杆：

连接关节的刚性构件。

连杆：

连接关节的刚性构件。

执行器执行器（必需）（必需）用于作业的工具；用于作业的工具；安装在机器人末端关节上；安装在机器人末端关节上；可以根据需要更换。

可以根据需要更换。

变位器（可选）变位器（可选）扩大机器人作业范围（增加自由度）的扩大机器人作业范围（增加自由度）的辅助机构辅助机构；包括机械部件、驱动电机、传感器等包括机械部件、驱动电机、传感器等；有回转、直线两类，通常为有回转、直线两类，通常为14轴。

轴。

回转变位器回转变位器直线变位器直线变位器关节关节执行器执行器连杆连杆本体本体vv电气部分电气部分电气部分电气部分控制器控制器功能与数控系统相同；功能与数控系统相同；产生机器人运动轨迹控制脉冲；产生机器人运动轨迹控制脉冲；控制轴数较多（通常控制轴数较多（通常6轴）。

轴）。

操作单元操作单元机器人的操作面板；又称示教器；机器人的操作面板；又称示教器；结构简单、采用手持式结构。

结构简单、采用手持式结构。

驱动器驱动器将控制脉冲转换为电机转角；将控制脉冲转换为电机转角；多采用交流伺服驱动系统。

多采用交流伺服驱动系统。

控制器、驱动器安装在控制柜内控制器、驱动器安装在控制柜内示教器示教器控制柜控制柜2.2.基本特点基本特点vv拟人拟人拟人拟人结构形态类似人类；结构形态类似人类；部件称腰、手臂（上、下臂）、手腕（手腕、爪）；部件称腰、手臂（上、下臂）、手腕（手腕、爪）；传感器以视觉、听觉、触觉为主（智能机器人）。

传感器以视觉、听觉、触觉为主（智能机器人）。

vv柔性柔性柔性柔性有完整、独立的控制系统；有完整、独立的控制系统；可通过编程来改变其动作和行为；可通过编程来改变其动作和行为；可安装不同的执行器，实现不同的应用。

可安装不同的执行器，实现不同的应用。

vv通用通用通用通用可通过程序改变动作；可通过程序改变动作；可通过执行器改变功能。

可通过执行器改变功能。

3.3.工业机器人工业机器人PK数控机床数控机床vv相同点相同点相同点相同点控制要求（轨迹控制）、控制系统结构相同；控制要求（轨迹控制）、控制系统结构相同；定义类似：

可编程、可定位、多用途设备。

定义类似：

可编程、可定位、多用途设备。

vv区别区别区别区别作用作用CNC机床：

机床：

工作母机，零件加工的必需设备；工作母机，零件加工的必需设备；IR：

服务于机床、代替人工操作的辅助设备。

地位地位CNC机床：

机床：

国民经济基础的基础；国民经济基础的基础；IR：

自动化制造的配套设备。

价值价值CNC机床：

机床：

占装备总价的占装备总价的85%以上，最高可达数亿；以上，最高可达数亿；IR：

在装备总价的在装备总价的10%左右，最高为数十万。

左右，最高为数十万。

形态形态CNC机床：

机床：

直线运动轴为主，回转、摆动为辅；直线运动轴为主，回转、摆动为辅；IR：

回转、摆动轴为主，直线运动为辅。

性能性能CNC机床：

机床：

高精度轮廓加工，多为高精度轮廓加工，多为0.001mm级；级；IR：

粗略轨迹运动，多为粗略轨迹运动，多为0.1mm级。

级。

控制控制CNC机床：

机床：

一般一般5轴及以下，准确轮廓运动；轴及以下，准确轮廓运动；IR：

一般一般6轴及以上，粗略轨迹运动。

轴及以上，粗略轨迹运动。

软件软件CNC机床：

机床：

笛卡尔坐标运动为主，相对简单；笛卡尔坐标运动为主，相对简单；IR：

多轴摆动空间合成运动，相当复杂。

结论：

不在同一体量。

结论：

不在同一体量。

4.工业机器人工业机器人PK机械手机械手PLC机械手机械手机器人机器人控制系统控制系统vv相同点相同点相同点相同点作用相同，都是自动化制造的辅助设备；作用相同，都是自动化制造的辅助设备；定义类似：

机器人定义类似：

机器人=可编程的机械手。

可编程的机械手。

vv区别区别区别区别控制控制机械手：

机械手：

由由CNC系统的系统的PLC控制，无独立控制系统；控制，无独立控制系统；IR：

有独立的控制系统。

作用作用机械手：

机械手：

单功能、固定用途和动作；单功能、固定用途和动作；IR：

可操作、可编程，多功能、多用途。

驱动驱动机械手：

机械手：

PLC开关量控制，液压、气动系统为主；开关量控制，液压、气动系统为主；IR：

轨迹插补控制，必须用伺服驱动系统。

二、工业机器人结构形态二、工业机器人结构形态1.垂直串联（垂直串联（VerticalArticulated）vv要点要点要点要点最常见结构，最常见结构，1973年年KUKA研发；研发；关节沿垂直方向串联，数量关节沿垂直方向串联，数量5-7个；个；通用性好，可用于各种场合。

通用性好，可用于各种场合。

vv关节名称关节名称关节名称关节名称S（或（或J1）：

）：

腰（腰（Swing）回转；）回转；L（或（或J2）：

）：

下臂（下臂（LowerArm）摆动；）摆动；U（或（或J3）：

）：

上臂（上臂（UpperArm）摆动；）摆动；R（或（或J4）：

）：

腕回转（腕回转（WristRolling）；）；B（或（或J5）：

）：

腕摆动（腕摆动（WristBending）；）；T（或（或J6）：

）：

手回转（手回转（Turning）。

）。

关节数量可根据实际需要增减（如关节数量可根据实际需要增减（如5、7）。

）。

vv名词说明名词说明名词说明名词说明机身：

机身：

S/L/U（J1/J2/J3）轴，主要用于机器人作业工具）轴，主要用于机器人作业工具定位，称为定位，称为定位机构定位机构；手腕：

手腕：

R/B/T（J4/J5/J6）轴，主要用来调整作业工具方）轴，主要用来调整作业工具方向，称为向，称为定向机构定向机构。

回转（回转（Roll）：

）：

转动范围一般大于转动范围一般大于270；摆动（摆动（Bend）：

）：

转动范围一般小于等于转动范围一般小于等于270。

2.水平串联（水平串联（HorizontalArticulated）vv要点要点要点要点典典型型结结构构为为日日本本山山梨梨大大学学1978年年研研发发，称称SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm），关节以水平串联为主（关节以水平串联为主（23个），总数个），总数4-5个；个；速度快，多用于轻载、平面作业（速度快，多用于轻载、平面作业（3C、食品、药品）。

、食品、药品）。

Z3.并联（并联（Parallel）vv要点要点要点要点基基本本结结构构为为6连连杆杆运运动动，1965年年英英国国Stewart研研发发（简简称称Stewart平台平台）；）；简简化化结结构构为为3连连杆杆摆摆动动（常常用用），1985年年瑞瑞士士研研发发（简简称称Delta结构结构）。

）。

Stewart平台平台Delta结构结构Stewart平台至少平台至少6个直线升降轴、控制复杂，多用于重个直线升降轴、控制复杂，多用于重载搬运工业机器人，较少采用。

载搬运工业机器人，较少采用。

Delta机身为机身为3轴摆动结构、手腕安装在机身上，控制简轴摆动结构、手腕安装在机身上，控制简单；一般采用倒挂式安装，多用于食品、药品行业的轻载单；一般采用倒挂式安装，多用于食品、药品行业的轻载包装（分拣）工业机器人；包装（分拣）工业机器人；三、工业机器人的技术性能三、工业机器人的技术性能参见参见P26、表、表1.2-1主主要要参参数数：

工工作作范范围围（作作业业空空间间）、承承载载能能力力、自自由由度、运动速度、定位精度。

度、运动速度、定位精度。

1.1.工作范围工作范围（WorkingRange）vv要点要点要点要点是工业机器人是工业机器人TRP点点能够运动的区域。

能够运动的区域。

TRP：

工工具具参参考考点点（ToolReferencePoint），机机器器人工具安装的基准位置人工具安装的基准位置手腕工具安装法兰中心。

手腕工具安装法兰中心。

典型结构机器人的典型结构机器人的TRP点位置如下图：

点位置如下图：

TRPTRPTRP垂直串联垂直串联DeltaSCARA通常场合可用通常场合可用“作业半径作业半径R”简单表示。

简单表示。

工作范围大多是工作范围大多是不规则形状不规则形状、不完整空间不完整空间。

垂直串联结构（包括球坐标、圆柱坐标）的作业死区垂直串联结构（包括球坐标、圆柱坐标）的作业死区较大，称较大，称“部分范围作业部分范围作业”机器人。

机器人。

R=740RRSCARA、Delta结构（以及直角坐标）结构（以及直角坐标）机器人的作机器人的作业死区较小，称业死区较小，称“全范围作业全范围作业”机器人。

机器人。

2.2.承载能力承载能力（Payload）vv要点要点要点要点机器人可承受的机器人可承受的最大负载最大负载（质量、转矩或切削力）；（质量、转矩或切削力）；实实际际承承载载能能力力与与负负载载的的重重心心位位置置有有关关，样样本本数数据据通通常常是是假设负载重心位于假设负载重心位于TRP点点时的最大理论值。

时的最大理论值。

承载能力承载能力6kg机器人的允许负载图：

机器人的允许负载图：

尺寸基准尺寸基准TRP负载重心负载重心ZL1003006kg1kg3.3.自由度自由度（DegreeofFreedom）vv要点要点要点要点机机器器人人能能产产生生的的独独立立运运动动数数（相相对对于于地地面面），包包括括直直线、回转、摆动；线、回转、摆动；自由度实际就是机器人自由度实际就是机器人系统系统的的总控制轴数总控制轴数；自由度包括变位器运动，使用变位器可增加自由度；自由度包括变位器运动，使用变位器可增加自由度；自由度不包括执行器的运动（如刀具旋转等）自由度不包括执行器的运动（如刀具旋转等）；自由度越多，运动越灵活；自由度越多，运动越灵活；有有6个自由度，理论上可实现个自由度，理论上可实现3维空间的任意运动；维空间的任意运动；自由度可用规定的符号表示。

自由度可用规定的符号表示。

见见P33、图、图2.3-6。

4.4.速度与精度速度与精度vv要点要点要点要点程序速度程序速度是机器人是机器人TCP点点相对与大地的运动速度；相对与大地的运动速度；TCP：

工工具具控控制制点点（ToolControlPoint），有有时时称称工工具具中中心心点点（ToolCenterPoint），是是机机器器人人作作业业位位置置和和运动控制目标点运动控制目标点；样样本本参参数数为为机机器器人人空空载载时时，各各关关节节所所能能达达到到的的最最大大回回转转速度的形式表示；速度的形式表示；TCP速速度度（程程序序速速度度）是是所所有有参参与与运运动动的的关关节节轴轴的的速速度度合成值；合成值；速度反映机器人工作效率，速度越高、效率越高。

速度反映机器人工作效率，速度越高、效率越高。

精度以精度以TCP实际位置实际位置和理论位置的和理论位置的误差表示误差表示；通常以重复定位精度的形式表示；通常以重复定位精度的形式表示；测测量量标标准准与与CNC机机床床不不同同，即即使使数数值值相相同同，实实际际误误差差远大于远大于CNC机床机床；机器人不是高精度设备，机器人不是高精度设备，不能用于精密加工不能用于精密加工。

项目二、任务项目二、任务1基本概念：

基本概念：

产量小，没有统一的编程标准、语言、格式；产量小，没有统一的编程标准、语言、格式；无导向部件（导轨），很难描述运动、只能示教；无导向部件（导轨），很难描述运动、只能示教；粗略控制、定位点基本靠目测。

粗略控制、定位点基本靠目测。

一、程序与编程一、程序与编程1.1.编程方法编程方法不同厂家的机器人，虽程序不同，但方法一致：

不同厂家的机器人，虽程序不同，但方法一致：

FANUC、安川：

、安川：

程序结构、编程方法类似，指令不同；程序结构、编程方法类似，指令不同；ABB：

RAPID语言，结构最复杂语言，结构最复杂。

概念辨析概念辨析vv示教编程示教编程示教编程示教编程一种编程方法（最简单），一种编程方法（最简单），通过手动机器人移动、人通过手动机器人移动、人机对话操作，将机器人位置、运动要求告知控制器机对话操作，将机器人位置、运动要求告知控制器（示教）（示教）；控制器记录、保存运动过程，在需要时重复相同动作控制器记录、保存运动过程，在需要时重复相同动作（再现再现）；）；再现运行的机器人运动速度，可与示教操作不同；再现运行的机器人运动速度，可与示教操作不同；虽然，示教编程必须在机器人现场、在线进行，但不虽然，示教编程必须在机器人现场、在线进行，但不能将其称为能将其称为“现场编程现场编程”或或“在线编程在线编程”。

vv现场编程现场编程现场编程现场编程只表明编程场所，只表明编程场所，是否在机器人现场（车间）；是否在机器人现场（车间）；不限定编程方法，不限定编程方法，可采用示教、也可采用虚拟仿真。

可采用示教、也可采用虚拟仿真。

vv在线、离线编程在线、离线编程在线、离线编程在线、离线编程只表明设备的电气连接状态，只表明设备的电气连接状态，机器人控制器与编程设机器人控制器与编程设备备有电气连接有电气连接（电缆线）（电缆线）：

在线；无连接：

离线。

：

在线；无连接：

离线。

不限定编程方法，可采用示教、也可采用虚拟仿真。

vv虚拟仿真虚拟仿真虚拟仿真虚拟仿真用仿真软件的机器人用仿真软件的机器人虚拟运动虚拟运动，代替代替示教操作的机器示教操作的机器人人实际运动实际运动，生成程序的一种方法；，生成程序的一种方法；与编程场所、是否存在电气连接无关。

与编程场所、是否存在电气连接无关。

结论：

机器人编程方法只有示教、虚拟仿真机器人编程方法只有示教、虚拟仿真2种，其他的提种，其他的提法都不够严谨。

法都不够严谨。

2.RAPID2.RAPID程序结构程序结构程序结构程序结构R任务任务（Task）包含一项作业所需的全部指令和数据，是一个完整的包含一项作业所需的全部指令和数据，是一个完整的RAPID应用程序。

应用程序。

由若干程序模块、系统模块组成；由若干程序模块、系统模块组成；简单系统通常只有一个任务；简单系统通常只有一个任务；复杂控制系统，可同步执行多个任务；复杂控制系统，可同步执行多个任务；任务的属性，可通过任务特性参数定义。

任务的属性，可通过任务特性参数定义。

R程序模块程序模块（Programmodule）RAPID应用程序的主体，它程序数据（应用程序的主体，它程序数据（Programdata）、）、作业程序（作业程序（Routine，ABB说明书称例行程序）说明书称例行程序）；程序数据用来定义移动目标位置、工具、工件、作业参程序数据用来定义移动目标位置、工具、工件、作业参数等指令操作数；数等指令操作数；作业程序是用来控制机器人动作。

作业程序是用来控制机器人动作。

R系统模块（系统模块（Systemmodule）用来定义控制系统功能和参数的程序；用来定义控制系统功能和参数的程序；定义机器人系统的软硬件功能；定义机器人系统的软硬件功能；定义机器人规格结构；定义机器人规格结构；由程序（由程序（Routine）和数据（）和数