工业机器人教程.

南京熊猫电子装备限公司熊猫机器人主讲:刘东2015.04.28本培训内容解释权归南京熊猫电子装备所有一、机器人的历史背景和基本的原理知识简介中国古代的机器人雏形诸葛亮运送粮草的工具——木牛流马内部使用了齿轮咬合原理和以及曲柄连杆机构。达到了助力的效果。国际工业化背景近几十年随着工业化的快速发展，越来越多的产业开始使用机器人替代人工。自动化工业机器人使用量的增长主要依附于价格的不断降低，人工成本不断升高，以及工业越来越多的作业发展方向趋向于自动化。相对于人工而言，机器人的优势在于：工厂自动化程度高，效率高，操作更准确，更富有柔性。（编辑不同程序控制机器人执行不同动作）。更倾向于危险性大或者人类不可能完成的工作。工业机器人-机械手特点工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，可以接受人类的指令，按照设定好的程序和轨迹运行。具有可编程，拟人化，通用性等特点，适用性非常强。中国的工厂从劳动密集型工厂正在慢慢向着新型自动化工厂转型，在中国，未来的5至10年将成为机器人在中国市场的爆发期，加快推进了中国的设备标准化趋势。中国整体行业的工业化趋势越来越大，中国地大物博，使中国在未来的几年内必定成为国际上拥有最大的机器人市场的国家。机器人的领域由于机器人涉及到多方面的复杂知识，目前没有人可以掌握完整的机器人知识，这就将机器人分成了几个领域。我们主要介绍控制理论方面的知识做一些简介。机器人机械操作力学控制理论计算机科学移动计算机视觉人工智能简单机械轴实例分析图示是二战期间一个对空的火力点，使用简单的2轴运动装置，通过改变方位角和仰角来调整合适的打击角度。在仰角90°附近位置需要非常快的速度改变方位角，当处于正上方，需要无穷大的速度。这个称之为局部退化，轴处于奇异点位置，等同于失去了一个自由度。任何机械装置都有这个现象。自由度机器人/机器手的组成的简单介绍如图：机器人动作是由6个电机通过精确的控制运算和数学计算得出的组合运动。自由度自由度定义：——具有独立位置变量。等同于关节数目。6轴机器人就是指具有6个关节或者说6个自由度的机器人提问？？？为什么目前主流的机械臂都是6轴或者6轴以下？向量机械臂控制在机器人中，描述机器人前端工具最直接的方式就是指定它的位置和姿态（位姿）。在数学中则是使用向量描述（x,y,z,x’,y’,z’）位置和方向。（以坐标系为基础）每一个都是独立变量。所以需要6个电机来实现。市场上的三轴，四轴，五轴机器人相对更加简单。运动学如何求这个向量，就是机器人的求解过程，非常复杂。但都是从运动学开始。正运动学：给定6个轴的角度，计算出末端点的位姿都是唯一解xz运动学逆运动学：给出指定的末端点的位姿，计算出6个轴的角度。解不唯一x运动学逆运动学一般很难得到封闭的解，有时甚至无解，多解。自由度越多，解越多。运动学设计机器人时曾经陷入迷径——寻找突破手臂的构成和机器人非常类似——确定研究方向附加多种限定条件——达到唯一解（默认最短行程）动力学运动：让机器人从静止到加速到最高速恒速到减速到静止的过程都是由电机来实现。力：从机械角度来说，不同位置的关节电机的功率、最大速度、减速比、连杆长度、负载、关节摩擦等所有因素之间的关系都必须在运动之前全部计算出来。轨迹生成机器人按照编辑的程序命令，保持非常快速的计算，生成一条既定的轨迹。难点：各个轴同时开始运动，同时停止各个轴在每一个姿势时的速度，加速度如何保证末端点的轨迹精度可编程直接描述机器人轨迹的是机器人的工具中心点（TCP）TCP：机器人最前端会携带：焊枪，抓手，喷嘴，打磨机，激光等工具，将这些工具加载到机器人坐标系中，成为工具中心点。描述机器人的轨迹都是通过编程实现。编辑可视化的逻辑语言，通过系统自动转化为能被系统识别的代码。机器人的柔性：多样化的可重复编程方式让机器人实现不同的运动轨迹。编程界面离线编程和仿真仿真：使用特定的软件建立机器人工作站以及工件的三维模型，并通过软件模拟出机器人所有的动作和轨迹，来确定空间上的可执行度以及对工件实行离线编程。离线编程：不需要在机器人跟前示教所有的点，通过参考仿真软件的模拟效果，直接将机器人的语言在电脑端编辑完毕，并可虚拟运行以查看和调整实际的机器人动作效果。最后使用软件生成可被机器人识别和执行的文件，通过线缆或者存储设备发送到机器人控制柜内。注：因为仿真软件和实际的工作站的误差，所以离线编程一般都达不到完全契合。需要后期重新示教调节。现有机器人的操作方式逆运动学较为复杂，对硬件软件要求很高，所以目前主流都是使用更为简单的方式来操作机器人：示教再现示教：将机器人移动到指定的位置，使用记录功能，将机器人此时的6个轴的角度、世界坐标系下的位置信息都记录下来。再现：将机器人从任意一个地方，返回到示教的位置，每一个关节都运动到保存的角度，称之为再现。注：默认为最短行程。最短行程当某一个轴的角度限制范围较大时，比如540°。那么在一定的范围内，某些位姿就可能有2个解。取最短行程解。重复定位精度重复定位精度重复精度（示教点然后再现）和定位精度（指定一个未示教过的点，使用传感器让机器人移动到这个位置点的精度）。机器人重复精度很好。±0.05mm±0.1mm。等等都有。但是定位精度一般都很差。需要使用标定的方法来提高定位精度（例如视觉中使用标定）。二、机器人安全知识安全知识安全是工作中必须要时刻注意的，任何工作都是安全第一。了解一些机器人的安全常识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识安全知识三、机器人操作篇机器人供电系统日本国家的工业用电标准是三相200V，中国是三相380V。所以机器人在中国工厂使用时必须使用一个380转200V的变压器。目前有2种方式配置，一种是额外配置一台变压器，一种是在控制柜內、置一台变压器。三相电连接时，UVW不分次序。连接好地线。在开启控制柜电源之前，使用万用表检查线路。机器人本体PANDA焊接机器人规格型号机器人规格型号示例如下:设备型号批号序列号机器人编码机器人本体机器人是6自由度可编程机械手通过伺服电机相互配合精确定位通过安装末端工具，执行需要的功能机器人控制柜相当于电脑的主机。所有的指令和运算都在控制柜内完成。所有的指令和运算都在控制柜内完成。控制柜连接了示教器，机器人，变压器，外部轴，外部设备（焊机）等。机器人示教器示教器是一种人机交互系统，通过按键或者可触摸显示器输入指令或者功能命令，传达给控制柜，经过快速准确的处理之后，反馈给机器人本体，让机器人本体执行相对应的动作或者实现相对应的功能。机器人示教器按键—正面机器人示教器—背面Deadman按钮机器人示教器--显示界面机器人示教器—操作键位操作姿态操作机器人示教器—操作方式切换至teach模式选择坐标系选择动作速度开启伺服按压轴操作键TeachRemote保持deadman按钮按压到第二档状态，按压伺服准备按钮机器人示教器—坐标系世界坐标系/直角坐标系机器人示教器—坐标系工具坐标系新建程序点击【程序】------【新建】新建程序弹出右侧图所示界面输入程序名称--点击ENTER可以输入备注输入完成后，点击OK按键，跳转到通用界面新建程序通用界面光标默认在第一行编程语言JMOVE指定点到点之间的运动，不指定轨迹LMOVE指定点到点之间的运动，指定轨迹为直线SMOVE指定点到点之间的运动，指定轨迹为多段圆弧构成的自由曲线。CMOVE指定点到点之间的运动，指定轨迹为圆弧，每三个点构成一个圆。编程语言JMOVEV=30指最大移动速度为最大限定值的30%a/d=0.5指加减速的时间P=4指拐角时的精度内的数为位置信息编程语言P:精度不同的轨迹需求对应可设定的拐角精度和轨迹编程语言选择【坐标系】操作机器人到指定点选择【插补方式】点击【插入】按钮如图显示插入画面在修改界面输入参数点击【OK】按钮编程命令插入文件保存移动机器人的程序编制完成后，按下【程序】=【保存】，文件保存示教点更正点击【记录】按键点击【ok】将当前位置信息更新到语句中机器人当前位置点信息监测点击【机器人】点击【当前位置信息】程序运行切换到【remote】模式确认机器人安全范围内无任何安全隐患点击【start】按钮，自动开启伺服电源程序被执行程序执行完成后，自动关闭伺服电源运行期间，手保持在示教器的急停按钮上示教模式示教模式下可以：手动操作机器人编程修改语句保存文件修改参数系统维护示教模式以下介绍在示教模式下，示教器相关功能界面的介绍和举例。以图片形式展示机器人多样化的操作功能示教模式--文件示教模式—编辑示教模式—程序功能示教模式—焊接示教模式—焊接参数设置示教模式—系统信息—版本查看示教模式—系统信息—权限变更示教模式—文档管理示教模式—设置示教示教器界面各种各样的功能菜单，可以实现快捷、有效、方便的编程。以下介绍实际编程的详细过程。实际编程步骤LMOVEArcsetA=90，V=21LMOVEV=15，********ArconLMOVEV=0.5,**********Arcoff先将机器人的焊枪的枪尖按照一定的角度和与工件之间的距离运行到直线焊缝的起始焊接点位置，按压数字快捷键【7】。快速插入arcset语句。然后选择插补方式中的L，点击【插入】按键，则插入一行LMOVE语句。实际编程步骤LMOVEArcsetA=90，V=21LMOVEV=15，********ArconLMOVEV=0.5,**********Arcoff再按压快捷数字功能键【4】，插入arcon语句。再将焊枪运行至焊缝末尾点，，按下【插入】，则记录了焊接结束点位置。最后按压数字功能键【1】，插入arcoff语句，至此，程序完成。程序示例defPROC（）WPSETM@WELD2=1\焊接材料丝径焊接方式ARC-OFF\焊接结束，并处理gas/wireWPSETM@WELD3=1\焊接参数变量JMOVEV=20，……………...\回抽焊枪至安全位置JMOVEV=20，…………..…\机器人的起始点JMOVEV=20，……………...\回到机器人的起始点JMOVEV=20，……………...\机器人行走中间点END\焊接结束JMOVEV=20，……………...\焊枪的焊接准备点ARC-SET@=1，A=90，V=29.81\焊接的电流电压等参数LMOVEV=15.000，……………...\焊接开始点（weld）ARC-ON\焊接开始，并开始处理gaswireLMOVEV=0.500，……………...\焊枪沿着焊缝行走到的焊接中间点(empty)LMOVEV=0.500，……………...\焊枪沿着焊缝行走到的焊接终点(empty)动作模拟图2-32：焊接动作的模式图P1P2P3P4P5P6焊接开始点焊接完成点退避点焊接中继点焊接开始准备点焊接完成退避点Remote模式机器人使用流程开启机器人、焊机、保护气、送丝、接地到位；将工件固定在工作台或夹具上；将示教盒打到Teach模式，新建程序（保存后使用）或选择已编辑好程序；按下使能键，开启绿色伺服按钮，ManipPower灯亮；降低运行速度，试运行+前进检查；如果有错误，修正；如果没有错误，打开焊接通/断指示灯，连接上焊机，切换到remote模式，按压start按钮，直接运行焊接程序。机器人使用流程Start开始焊接，首次焊接请检气，要注意观察运行动作是否正常，如有问题按急停开关；焊接过程中请勿直视电弧。相关人员需站在安全线外作业；焊接结束后，将示教盒打到Teach模式，调节焊接工艺；生产结束后，关闭保护气、机器人电源、焊接电源；清理现场。谢谢！