工業(yè)機器人教程

1、南京熊貓電子裝備限公司熊貓機器人主講: 劉東2015.04.28本培訓內(nèi)容解釋權(quán)歸南京熊貓電子裝備所有一、機器人的歷史背景和基本的原理知識簡介中國古代的機器人雛形諸葛亮運送糧草的工具木牛流馬內(nèi)部使用了齒輪咬合原理和以及曲柄連桿機構(gòu)。達到了助力的效果。國際工業(yè)化背景 近幾十年隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，越來越多的產(chǎn)業(yè)開始使用機器人替代人工。 自動化工業(yè)機器人使用量的增長 主要依附于價格的不斷降低，人工成本不斷升高，以及工業(yè)越來越多的作業(yè)發(fā)展方向趨向于自動化。 相對于人工而言，機器人的優(yōu)勢在于： 工廠自動化程度高，效率高，操作更準確，更富有柔性。 （編輯不同程序控制機器人執(zhí)行不同動作）。 更傾向于危險性

2、大或者人類不可能完成的工作。工業(yè)機器人- -機械手特點 工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，可以接受人類的指令，按照設(shè)定好的程序和軌跡運行。具有可編程，擬人化，通用性等特點，適用性非常強。中國的工廠從勞動密集型工廠正在慢慢向著新型自動化工廠轉(zhuǎn)型，在中國，未來的5至10年將成為機器人在中國市場的爆發(fā)期，加快推進了中國的設(shè)備標準化趨勢。中國整體行業(yè)的工業(yè)化趨勢越來越大，中國地大物博，使中國在未來的幾年內(nèi)必定成為國際上擁有最大的機器人市場的國家。 機器人的領(lǐng)域 由于機器人涉及到多方面的復雜知識，目前 沒有人可以掌握完整的機器人知識，這就將機器人分成了幾個領(lǐng)域。 我們主要介紹控制理論方面的知識

3、做一些簡介。 機器人機械操作力學控制理論計算機科學移動計算機視覺人工智能簡單機械軸實例分析 圖示是二戰(zhàn)期間一個對空的火力點，使用簡單的2軸運動裝置，通過改變方位角和仰角來調(diào)整合適的打擊角度。在仰角90附近位置需要非常快的速度改變方位角，當處于正上方，需要無窮大的速度。這個稱之為局部退化 ，軸處于奇異點位置，等同于失去了一個自由度。任何機械裝置都有這個現(xiàn)象。 自由度機器人/機器手的組成的簡單介紹如圖：機器人動作是由6個電機通過精確的控制運算和數(shù)學計算得出的組合運動。自由度u自由度定義：具有獨立位置變量。等同于關(guān)節(jié)數(shù)目。6軸機器人就是指具有6個關(guān)節(jié)或者說6個自由度的機器人提問？為什么目前主流的機械

4、臂都是6軸或者6軸以下？向量機械臂控制u在機器人中，描述機器人前端工具最直接的方式就是指定它的位置和姿態(tài)（位姿）。u在數(shù)學中則是使用向量描述（x,y,z,x,y,z） 位置和方向。（以坐標系為基礎(chǔ)）u每一個都是獨立變量。所以需要6個電機來實現(xiàn)。u市場上的三軸，四軸，五軸機器人相對更加簡單。運動學如何求這個向量，就是機器人的求解過程，非常復雜。但都是從運動學開始。u正運動學： 給定6個軸的角度， 計算出末端點的位姿 都是唯一解xz運動學u逆運動學： 給出指定的末端點的位姿， 計算出6個軸的角度。 解不唯一x運動學逆運動學一般很難得到封閉的解，有時甚至無解， 多解。自由度越多，解越多。運動學u設(shè)計

5、機器人時曾經(jīng)陷入迷徑尋找突破u手臂的構(gòu)成和機器人非常類似確定研究方向u附加多種限定條件u達到唯一解（默認最短行程）動力學 運動： 讓機器人從靜止到加速到最高速恒速到減速到靜止的過程都是由電機來實現(xiàn)。 力： 從機械角度來說，不同位置的關(guān)節(jié) 電機的功率、最大速度、 減速比、連桿長度、 負載、關(guān)節(jié)摩擦 等所有因素之間的關(guān)系都必須在運動之前全部計算出來。軌跡生成u 機器人按照編輯的程序命令，保持非?？焖俚挠嬎?，生成一條既定的軌跡。u難點： 各個軸同時開始運動，同時停止 各個軸在每一個姿勢時的速度，加速度 如何保證末端點的軌跡精度 可編程u直接描述機器人 軌跡的是機器人的工具中心點（TCP）uTCP：機

6、器人最前端會攜帶：焊槍，抓手，噴嘴，打磨機，激光等工具，將 這些工具加載到機器人坐標系中，成為工具中心點。u描述機器人的軌跡都是通過編程實現(xiàn)。編輯可視化的邏輯語言，通過系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)化為能被系統(tǒng)識別的代碼。u機器人的柔性：多樣化多樣化的可重復可重復編程方式讓機器人實現(xiàn)不同的運動軌跡。編程界面離線編程和仿真仿真： 使用特定的軟件建立機器人工作站以及工件的三維模型，并通過軟件模擬出機器人所有的動作和軌跡，來確定空間上的可執(zhí)行度以及對工件實行離線編程。離線編程：不需要在機器人跟前示教所有的點，通過參考仿真軟件的模擬效果，直接將機器人的語言在電腦端編輯完畢，并可虛擬運行以查看和調(diào)整實際的機器人動作效果。最

7、后使用軟件生成可被機器人識別和執(zhí)行的文件，通過線纜或者存儲設(shè)備發(fā)送到機器人控制柜內(nèi)。注：因為仿真軟件和實際的工作站的誤差，所以離線編程一般都達不到完全契合。需要后期重新示教調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有機器人的操作方式u逆運動學較為復雜，對硬件軟件要求很高，所以目前主流都是使用更為簡單的方式來操作機器人： u示教再現(xiàn) 示教：將機器人移動到指定的位置，使用記錄功能，將機器人此時的6個軸的角度、世界坐標系下的位置信息都記錄下來。再現(xiàn)：將機器人從任意一個地方，返回到示教的位置，每一個關(guān)節(jié)都運動到保存的角度，稱之為再現(xiàn)。 注： 默認為最短行程。最短行程u當某一個軸的角度限制范圍較大時， 比如540。 那么在一定的范圍內(nèi)，

8、 某些位姿就可能有2個解。 取最短行程解。重復定位精度u重復定位精度 重復精度 （示教點然后再現(xiàn)）和定位精度（指定一個未示教過的點，使用傳感器讓機器人移動到這個位置點的精度）。u機器人重復精度很好。0.05mm 0.1mm。等等都有。u但是定位精度一般都很差。 需要使用標定的方法來提高定位精度（例如視覺中使用標定）。二、機器人安全知識安全知識u安全是工作中必須要時刻注意的，任何工作都是安全第一。u了解一些機器人的安全常識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識安全知識三、機器人操作篇機器人供電系統(tǒng)u日本國家的工業(yè)用電標準是三相200V，中國是三相

9、380V。u所以機器人在中國工廠使用時必須使用一個380轉(zhuǎn)200V 的變壓器。u目前有2種方式配置，一種是額外配置一臺變壓器，一種是在控制柜內(nèi)、置一臺變壓器。u三相電 連接時， U V W 不分次序。 u連接好地線。u在開啟控制柜電源之前，使用萬用表檢查線路。機器人本體uPANDA焊接機器人規(guī)格型號 機器人規(guī)格型號示例如下: 設(shè)備型號批號序列號機器人編碼機器人本體u機器人是6自由度可編程機械手u通過伺服電機相互配合精確定位u通過安裝末端工具，執(zhí)行需要的功能機器人控制柜u相當于電腦的主機。所有的指令和運算都在控制柜內(nèi)完成。所有的指令和運算都在控制柜內(nèi)完成。u控制柜連接了示教器，機器人，變壓器，

10、外部軸，外部設(shè)備（焊機）等。機器人示教器示教器是一種人機交互系統(tǒng)，通過按鍵或者可觸摸顯示器輸入指令或者功能命令，傳達給控制柜，經(jīng)過快速準確的處理之后，反饋給機器人本體，讓機器人本體執(zhí)行相對應(yīng)的動作或者實現(xiàn)相對應(yīng)的功能。機器人示教器按鍵正面機器人示教器背面Dead man 按 鈕機器人示教器- -顯示界面機器人示教器操作鍵位操作姿態(tài)操作機器人示教器操作方式u切換至teach模式u選擇坐標系u選擇動作速度u開啟伺服u按壓軸操作鍵TeachRemote保持dead man按鈕按壓到第二檔狀態(tài)， 按壓伺服準備按鈕機器人示教器坐標系u世界坐標系/直角坐標系機器人示教器坐標系u工具坐標系新建程序u點擊 【

11、程序】-【新建】新建程序u彈出右側(cè)圖所示界面u輸入程序名稱u-點擊 ENTER u可以輸入備注 u輸入完成后，點擊OK 按鍵， 跳轉(zhuǎn)到通用界 面新建程序u通用界面u光標默認在第一行編程語言uJMOVE 指定點到點之間的運動，不指定軌跡uLMOVE 指定點到點之間的運動，指定軌跡為直線uSMOVE 指定點到點之間的運動，指定軌跡為多段圓弧構(gòu)成的自 由曲線。uCMOVE 指定點到點之間的運動，指定軌跡為圓弧，每三個點構(gòu) 成一個圓。編程語言JMOVEuV=30 指最大移動速度為 最大限定值的30%ua / d =0.5 指加減速的時間uP = 4 指拐角時的精度u 內(nèi)的數(shù)為位置信息 編程語言uP :

12、 精度不同的軌跡需求對應(yīng)可設(shè)定的拐角精度和軌跡編程語言選擇【坐標系】操作機器人到指定點選擇【插補方式 】點擊 【插入】按鈕如圖顯示插入畫面 在修改界面輸入?yún)?shù)點擊 【OK 】按鈕編程命令插入文件保存u移動機器人的程序編制完成后，按下【程序】=【保存】，文件保存示教點更正u點擊【記錄】按鍵u點擊【ok】 將當前 位置信息更新到語 句中機器人當前位置點信息監(jiān)測u點擊【機器人】u點擊【當前位置信息】程序運行u切換到【remote】模式u確認機器人安全范圍內(nèi)無任何安全隱患u點擊【start】按鈕，自動開啟伺服電源u程序被執(zhí)行u程序執(zhí)行完成后，自動關(guān)閉伺服電源u運行期間，手保持在示教器的急停按鈕上示教模

13、式示教模式下可以：u手動操作機器人u編程u修改語句u保存文件u修改參數(shù)u系統(tǒng)維護示教模式u以下介紹在示教模式下，示教器相關(guān)功能界面的介紹和舉例。u以圖片形式展示機器人多樣化的操作功能示教模式- -文件示教模式編輯示教模式程序功能示教模式焊接示教模式焊接參數(shù)設(shè)置示教模式系統(tǒng)信息版本查看示教模式系統(tǒng)信息權(quán)限變更示教模式文檔管理示教模式設(shè)置示教u示教器界面各種各樣的功能菜單，可以實現(xiàn)快捷、有效、方便的編程。u以下介紹實際編程的詳細過程。實際編程步驟uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 先將機器人的焊槍的槍尖按

14、照一定的角度和與工件之間的距離運行到直線焊縫的起始焊接點位置，按壓數(shù)字快捷鍵【7】?？焖俨迦隺rc set 語句。然后選擇插補方式中的L，點擊【插入】 按鍵，則插入一行LMOVE語句。實際編程步驟uLMOVEArcset A=90，V=21 LMOVE V=15，* Arc on LMOVE V=0.5,* Arc off 再按壓快捷數(shù)字功能鍵【4】，插入arc on語句。 再將焊槍運行至焊縫末尾點，按下【插入】，則記錄了焊接結(jié)束點位置。 最后按壓數(shù)字功能鍵【1】，插入 arc off 語句，至此，程序完成。程序示例 def PROC （） WPSETM WELD2=1 焊接材料 絲徑 焊接方

15、式 ARC-OFF 焊接結(jié)束，并處理 gas/wire WPSETM WELD3=1 焊接參數(shù)變量 JMOVE V=20，. 回抽焊槍至安全位置 JMOVE V=20，. 機器人的起始點 JMOVE V=20，. 回到機器人的起始點 JMOVE V=20，. 機器人行走中間點 END 焊接結(jié)束 JMOVE V=20，. 焊槍的焊接準備點 ARC-SET =1，A=90，V=29.81 焊接的電流電壓等參數(shù) LMOVE V=15.000，. 焊接開始點（weld） ARC-ON 焊接開始，并開始處理gas wire LMOVE V=0.500，. 焊槍沿著焊縫行走到的焊接中間點(empty) LMOVE V=0.500，. 焊槍沿著焊縫行走到的焊接終點(empty) 動作模擬圖圖2-322-32： 焊接動作的模式圖焊接動作的模式圖P1P2P3P4P5P6焊接開始點焊接完成點退避點焊接中繼點焊接開始準備點焊接完成退避點RemoteRemote模式u 機器人使用流程u開啟機器人、焊機、保護氣、送絲、接地到位；u將工件固定在工作臺或夾具上；u將示教盒打到Teach模式，新建程序（保存后使用）或選擇已編輯好程序；u按下使能鍵