机器人操作示范及功能简述(讲稿)

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精选课件 2021/3/3来自三、机器人示教功能简述
3.1 示教概述
机器人的示教(TEACH)功能是其在线编程的一种形式，通过 变换各种坐标系，操作各关节，使末端TCP到达预期位置， 控制器记录各目标位置。连接形成正向顺序的运动轨迹的 处理过程，是为再现(PLAY)。若各示教点反向连接生成后 退运轨迹，此再现过程视为录返(PLAY BACK)。
操作图如下图所示：
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二、机器人的坐标系
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二、机器人的坐标系
使用一个工具时，进行变更控制点的操作 把工具夹持的工件的两角定为控制点P1 和P2，如图所示， 通过交替选择两个控制点，可使工件发生位移。
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二、机器人的坐标系
某些需要我们参考的功能及处理方法以下加以描述。 程序画面：
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三、机器人示教功能简述
程序如SFC和PLC，属于解释型语言，以NOP和END开始和结 束，支持各种类型变量和数据类型，并可设定主程序和子 程序。
其中需要登录的轴组是相对多机器人工作站和外部轴/工装 轴的控制设定，一个轴组对象即确定一组联动轴。工具选 择是针对末端夹持操作器的结构位姿确定，方便建立工具 坐标系。
意义：把机器人腕部法兰盘所握工具的有效方向定为Z 轴， 把坐标定义在工具尖端点，所以工具坐标的方向随腕部的 移动而发生变化。TCP的移动，以工具的有效方向为基准， 与机器人的位置、姿势无所以进行相对于工件不改变工具 姿势的平行移动操作时最为适宜。
使用工具坐标系要预先定义工具特征文件，方便坐标系转 换。
示教操作是重复试验、不断修正的过程，需要边操作各关 节运动边编制在线示教程序，并不断试运行验证示教点及 所连接轨迹的符合性和合理性。其中录返会在运动过程中 丧失部分精度。
示教程序同样支持子程序调用，运动参数的设置如SFC。
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三、机器人示教功能简述
关于示教编程的细节，如示教程序的确认、编辑、修改、 试运行以实操形式加以演示，不是讲座重点，如有兴趣可 参考机器人通用手册。
意义：直角坐标系的实现意义在于，直接指定末端运行轨 迹，如：直线、圆弧，便于建立全局坐标系(如，世界坐标 系)。
实现方法：
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二、机器人的坐标系
▲ 圆柱坐标系 θ 轴绕S 轴运动，R 轴沿L 轴臂、U 轴臂轴线 的投影方向运动，Z 轴运动方向与直角坐标完全相同。
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一、NX100控制柜简介
1.1 控制柜外观
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一、NX100控制柜简介
1.2 示教编程器外观
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一、NX100控制柜简介
1.3 示教编程器键的表示
键的表示和使用方法会在后续操作讲解中随程演示，不是 重点，也不专门做讲解。以下为典型按键图例： (按键支持组合按键，详细请参考文献1中1.2.3)
3°在用户坐标系中，以用户坐标的X-Y-Z轴为基准进行回转。
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二、机器人的坐标系
(3) 变更控制点的操作 机器人末端工具尖点TCP位置数据输入工具文件，TCP作为 轴操作对象，由工具文件中从法兰盘面到控制点的距离加 以设定。
变更控制点操作指具有两个以上工具文件(用户坐标系)，根 据需要选择对应工具数据，并一边改变控制点一边进行轴 操作。此操作可在除关节坐标系以外的任何坐标系中进行。
202051483六机器人系统设定61原点位置校准202051484六机器人系统设定62运动速度的设定202051485六机器人系统设定63关节极限功能的添加与解除202051486六机器人系统设定64超程及防碰撞处理202051487六机器人系统设定65运动扫视体及干涉区处理202051488六机器人系统设定66作业原点的设定作业原点是与机器人作业相关的基准点它是机器人不与周边设备发生干涉启动生产线等的前提条件可使机器人确定在设定的范围内
意义： 使用用户坐标系，可根据外轴情况确定机器人末端 动作的相对坐标系，便于工艺程序编写。
实现方法：根据外轴/工装轴的坐标设定，确认机器人末端 的用户坐标，X-Y-Z相对运动基于此坐标系进行编程。
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二、机器人的坐标系
运动示例：
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二、机器人的坐标系
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一、NX100控制柜简介
1.4 示教编程器的画面
及一般的示教程序显示 其各区设定及使用方法后续描述
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一、NX100控制柜简介
1.5 示教盒各部分描述 关于主操作菜单
状态显示区的一些描述
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一、NX100控制柜简介
二、机器人的坐标系
使用圆柱坐标系的手段：设定圆柱(极)坐标系，机器人控 制点以本体轴S 轴为中心回旋运动，或与Z 轴成直角平行移 动，形成θ -r-Z坐标系。
意义：直接指定末端操作轨迹，以θ -r-Z坐标系表达，具有 腕部轴R/B/T控制点TCP不变动作的功能。
实现方法：
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二、机器人的坐标系
2.1 机器人的轴与坐标系 机器人轴名称：自身的六个轴S、L、U、R、B、T，其外部 轴采用基座、工装方式，主要表示为：机器人轴、基座轴、 工装轴，简单示意图如下：
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二、机器人的坐标系
2.2 坐标系的分类 ▲ 关节坐标系 机器人各轴单独动作，称为关节坐标系
多用户文件(工装/工位)下的操作：
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二、机器人的坐标系
用户坐标系使用范例 1. 使用多夹具台时
2. 进行排列或码垛作业时
3. 指定传送带运行时
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二、机器人的坐标系
2.3 末端尖点操作 (1) 控制点不变的操作
在关节坐标系以外的其他坐标系中，均可只改变工具姿态 而不改变工具尖端点(控制点)位置，称之为控制点不变动 作。 此操作可在关节坐标以外的坐标系进行。例如：
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一、NX100控制柜简介
1.7 工作模式的分类
操作模式：面向一线工人，实施机器人动作监视，主要进 行动作启/停，监控，生产线异常恢复操作。
编辑模式：面向示教程序员，进行机器人试探性缓慢动作 和程序编辑，及文件和参数的编辑。
管理模式：面向系统设定、维护的高级用户，管理参数、 时间、用户指令修改，系统升级、维护、调试等工作。
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二、机器人的坐标系
▲ 直角坐标系 无论机器人处于什么位置，末端均可沿 X、Y、Z轴平行移动。
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二、机器人的坐标系
使用直角坐标系的手段。设定机器人基座中心坐标为原点 的X-Y-Z坐标运动，包含X-Y-Z坐标平面内的直线运动和圆弧 运动，按键操作除可单独控制各方向运动，也可复合操作。 具有腕部轴R/B/T控制点不变动作功能。
程序不能离线编制，在伺服ON状态下，除变量设定、程序 结构、I/O操作等，MOV*指令才能进行编辑操作。
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三、机器人示教功能简述
3.2 末端操作器插补方式和速度处理： 机器人执行末端动作，决定目标离散点(示教点)采取何种
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二、机器人的坐标系
控制此类坐标运动的手段，采用位置模式的脉冲定位，体 现在各轴上即是回转运动，通过设定各轴方向键指定轴回 转位姿，并可通过组合按键实现多轴复合运动。
意义: 通过各轴独立转动，进行示教点的选取定位。
方法：类似目前我们系统的JOG或MPG功能，实现在各关 节上的简单操作。加减速规划使用已有的规划即可。
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一、NX100控制柜简介
(2) 再现及录返模式 实现对于示教过程中采集的空间运动散点予以不同形式的 插补实现，可前进、可后退，再现过程亦可实现各种参数 文件的设定、修改、删除。
(3) 远程模式 非离线模式，而是通过外部输入信号指定进行诸如，伺服 电源接通、启动、调用主程序、设定循环及开始运行等动 作，可实现数据的在线传输。
主要参考文献
1. yaskawa robot – general 通用文档 2. yaskawa robot – instruction 操作、维护文档 3. yaskawa robot – arc 弧焊文档 4. yaskawa robot – motorgun 伺服点焊文档 5. yaskawa robot – airgun 气焊文档 6. yaskawa robot – handing 搬运文档
▲ 坐标系选择、手动示教速度的选择现场演示。
▲ 由于现场机器人属于单一轴组(独立机器人)，则轴组不可 选。
▲ 使用轴操作键，机器人和工装轴的各轴可独立或联动， 移至目标位置，各轴运动依据所选坐标系的变化而改变，使 用异轴复合键操作，同样可实现复合运动。
机器人轴运动未置硬件限位，通过轴电机扭矩监控实现过流 保护，超过扭矩极限，停止运动，或可设置软极限。
机器人操作示范及功能简述
有关打磨抛光机器人功能开发思考（一）
纲要及简说
考察目标机型为安川SSF-6型6DOF机械臂，控制系统为安川 针对中国定制的弧焊、喷涂、码垛、搬运等专属功能的 NX100控制柜。
安川机械臂主要功能为“示教-再现”，当然也具备“远程” 操控功能，提供以太网连接口传输。但据调查，其绝大部 分专机实现是依赖“示教-再现”功能编程。这与我们既定 的基于离线编程的机器人专机功能有所不同，我们可采其 之长。
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二、机器人的坐标系
实现方法：
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二、机器人的坐标系
▲ 用户坐标系 机器人沿所指定的用户坐标系各轴平行移动。
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二、机器人的坐标系
使用用户坐标系的手段：在有效动作范围区间，设定任意 角度X/Y/Z轴，机器人可沿所设各轴平行移动，且系统可保 存多个用户坐标系，每个即为相应的用户坐标文件。
操作轴组的说明
关于坐标系分类
这部分将详述， 选的。
其中，圆柱坐标与直角坐标是复
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一、NX100控制柜简介
手动速度
工作模式
动作循环
执行状态
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一、NX100控制柜简介
1.6 工作模式
分为示教、再现、远程模式，无离线编程模式。解释上述 三种：
NX100 系 统 的 伺 服 模 块 使 用 安 川 专 用 伺 服 总 线 JISC6362Basic协议。编程语言使用的参数是类G代码，指令是 类FBD(ISO中类似SFC语言)，这点可完全吸收我们的SFC编程 资源，并予以修改及增进。
离线编程功能似乎不是安川控制器的长处，ABB似乎做的 2更好，这点在下一讲中有所介绍。 精选课件 2021/3/3
二、机器人的坐标系
▲ 工具坐标系 工具坐标系把机器人腕部法兰盘所持工具的 有效方向(法向)作为Z 轴，并把坐标定义在工具的尖端点。
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二、机器人的坐标系
使用工具坐标系的手段：机器人控制点TCP沿设定在工具 尖端点的X-Y-Z坐标系做平行移动，其中Z轴应沿末端机械 接口垂直方向，X-Y平面应平行机械接口端面。同样支持合 成轴运动。具有腕部轴R/B/T控制点TCP不变动作的功能。
控制点改变后的轴操作与控制点不变的轴操作相同。
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二、机器人的坐标系
(4) 变更控制点操作示例 使用多工具坐标系，进行变更控制点操作工具控制点P1， P2。
选择工具1 进行轴操作时，工具1 的控制点P1 成为操作对象。 工具2 只是随着工具1 进行移动，并不受轴操作的控制；相 反如果选择工具2 进行轴操作，则工具2 的控制点P2 成为 轴操作的对象。工具1 随着工具2 进行移动。
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二、机器人的坐标系
(2) 控制点不变操作示例 1°在直角/圆柱/极坐标系中，以X-Y-Z/θ-r-Z为基准进行回转。
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二、机器人的坐标系
2°在工具坐标系中，以工具坐标的X-Y-Z轴为基准进行回转。
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二、机器人的坐标系
(1) 示教模式，根据机械臂当前运动状态(试探式)编制示教 程序，即设定空间离散示教点，由控制器按点间插补形式 统一生成运动轨迹。一般工作情况为，根据目标物体(轨 迹)，采用不同类型的轴动作(不同坐标系下插补)，确定一 系列动作散点，此散点经控制器运算后，可实现再现及录 返等功能。
示教模式下，对于控制程序的修改及参数、特性文件的设 定是需要在伺服开启，运动准备状态下进行的。