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1、課程內容內容:機器人基本知識工業(yè)機器人工作原理弧焊機器人離線編程及標定技術 機器人焊接系統(tǒng)的組成及特點主要參考教材:林尚揚等，焊接機器人及其應用機械工業(yè)出版社，2000年7月吳林等，智能化焊接技術國防工業(yè)出版社，2000年8月陳善本等，焊接過程現代控制技術哈工大出版社，2001年5月機器人焊接的特點早期的焊接自動化程度低，基本是手工操作，產品質量不穩(wěn)定，甚至出現某 個產品只能由某個人或某幾個人完成的情況，出現了 “王麻子菜刀”、“張 小泉剪刀”、“張氏陀螺”。手工操作受操作人員情緒等個人狀態(tài)的影響，產品質量不穩(wěn)定。所以現代企 業(yè)要盡量擺脫這種對專門人員的依賴，采用自動化的機器設備來保證產品質
2、量及效率。20世紀70年代：工業(yè)機器人技術被應用到焊接領域，焊接自動化程度發(fā)生了 質的飛躍，焊接質量及效率得到顯著提高。機器人焊接的特點根據對產品的適應能力，焊接自動化系統(tǒng)可以分為：“剛性”自動化系統(tǒng)，也稱專機，主要針對大批量定型產品，特點為成 本低、效率高，但適應的產品單一。一旦產品換型，生產線就要更換。“柔性”自動化系統(tǒng)，主要指通過編程可改變操作的機器，產品換型時 ,只需通過改變相應程序，便可適應新產品。機器人屬于典型的具有柔 性的設備。隨著市場經濟的快速發(fā)展，企業(yè)的產品從單一品種大批量生產變?yōu)槎嗥贩N 小批量，要求生產線具有更大的柔性。所以焊接機器人在生產中的應用越來 越廣泛，機器人焊接已
3、成為焊接自動化的發(fā)展趨勢。應機器人焊接的特點采用機器人焊接，具有如下優(yōu)點：易于實現焊接產品質量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性;提高生產率，一天可24小時連續(xù)生產，機器人不會疲倦;改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作;降低對工人操作技術難度的要求;縮短產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資;可實現小批量產品焊接自動化;可作為數字化制造的一個環(huán)節(jié)。第一章機器人工作原理第一節(jié)機器人基本知識 第二節(jié)機器人工作原理第一節(jié)機器人基本知識一機器人的概念二機器人的發(fā)展及現狀 三機器人的分類 四工業(yè)機器人常用術語一、機器人的概念“Robot，啲來源1920年，捷克作家Karel Capek的科幻劇Rossu
4、ms Universal Robots（羅薩姆的萬能 機器人），劇中描寫了一批能從事各項勞動、聽 命于人的機器，取名為“Robota”（捷克語）, 含義為：forced worker （奴隸）。英語：Robot德語：Robot日語：口 b俄語：POSOTKarel Capek ( 1890 - 1938 )漢字：機器人一、機器人的概念機器人的定義：國際上對機器人的定義很多The Webster dictionary (Webster, 1993): An automatic device that performs functions normally ascribed to”一個自動化設備,
5、humans or a machine in the form of a human.能執(zhí)行通常由人執(zhí)行的任務；或一個人型的機器美國機器人學會(The Robot Institute of America, 1979):UA reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks.
6、個可再編程的多功能操作器，用來移動材料.零部件.工具等；或 一個通過編程用于完成各種任務的專用設備。ISO, 1987：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能,能完成各種作 業(yè)的可編程操作機。二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現狀Unimates機器人1954年，美國人G. Devol 和J. Engleberger設 計了一臺可編程的機器人1961年，他們生產了世界上第一臺工業(yè)機器人 uUnimatesn,并獲得了專利1962年，Engleberger 成立了Unimation公司,他被稱為“機器人之父”日本從上世紀70年代中后期開始開發(fā)工業(yè)機器 人，15年后就成為產量最多、應用最廣的世界 工業(yè)機
7、器人“王國”。二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現狀2000年，統(tǒng)計數據表明，全世界工業(yè)機器人總量為757,000臺，其中 日本，402, 200臺美國，92,900臺 新加坡，5, 300臺德國,81,200 臺臺灣，6,400臺這些機器人中45%為焊接機器人（點焊.弧焊） 我國大陸地區(qū)工業(yè)機器人用戶700多家，擁有工業(yè)機器人約3500臺，其中 焊接機器人約1000臺，與國外的差距是明顯的。值得欣喜的是，我國機器人應用發(fā)展較快，1996年我國焊接機器人僅為500臺，目前以每年30%以上的速度增長。二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現狀主要機器人廠家日本：Motomanx 0TC Panasonic. FANUC等美
8、國：Adept等歐洲：奧地利IGM.德國CL00S KUKA.瑞典ABB 韓國：HYUNDAI沈陽新松| FANUCcd#PanasonichyundaTM inHEAVY IM0U3TR1ESCO.LTD耳MtnOMANa ifYASKAViA o:npanyiL II IB麗帥EH回回冒SCHWEISSTECHNIK三、機器人的分類三、機器人的分類三、機器人的分類機器人分類方法很多按照技術水平劃分:第一代:示教再現型,有記憶能力。目前，絕大部分應用中的工業(yè)三、機器人的分類三、機器人的分類機器人均屬于這一類。缺點是操作人員的水平影響工作質量。第二代:初步智能機器人，對外界有反饋能力。部分已經
9、應用到生產中。第三代:智能機器人，具有高度的適應性，有自行學習.推理.決策三、機器人的分類三、機器人的分類等功能,處在研究階段。三、機器人的分類按照基本結構劃分:直角坐標型,也稱“機床型” 圓柱坐標型 球坐標型全關節(jié)型直角坐標型機器人底座回轉圓柱坐標型機器人三、機器人的分類按照受控運動方式劃分：點位控制（PTP ）型，Point to Point,如點焊、搬運機器人 連續(xù)軌跡控制（CP）型，Continous Path,如弧焊、噴漆機器人按驅動方式劃分：氣壓驅動（壓縮空氣）液壓驅動（重型機器人，如搬運、點焊機器人）電驅動（電動機），應用最多按照應用領域劃分：工業(yè)機器人，面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械
10、手或多自由度機器人。特種機器人，用于非制造業(yè)的各種機器人，服務機器人、水下機器 人.農業(yè)機器人、軍用機器人等華宇I型弧焊機器人弧焊機器人點焊機器人三、機器人的分類伐根機器人摘果機器人三、機器人的分類三、機器人的分類擦玻璃機器人無人潛水器三、機器人的分類排爆機器人外科手術機器人三、機器人的分類雙足仿人機器人球機器人三、機器人的分類雙足仿人機器人球機器人三、工業(yè)機器人常用術語自由度(degree of freedom, DOF )，物體能夠對坐標系進行獨立運動 的數目稱為自由度，對于自由剛體，具有6個自由度。通常作為機器人的 技術指標，反映機器人靈活性，對于焊接機器人一般具有5 - 6個自由度 位
11、姿(Pose),指工具的位置和姿態(tài)。末端操作器(End Effector),位于機器人腕部末端，直接執(zhí)行工作要求的裝置，如夾持器、焊槍、焊 鉗等額定負載(Payload),也稱為持重弧焊機器人：5 20kg點焊機器人：50 200kg三、工業(yè)機器人常用術語工作空間(Working Space ),機器人工作時，其腕軸交點能在空間活動重復位姿精度(Pose Repeatability),在同一條件下，重復N次所測得 的位簍一致軽度。軌跡重復精度(Path Repeatability),沿同一軌跡跟隨N次，所測得的 軌跡之間的一致程度第二章機器人運動學分析第一節(jié)位置和姿態(tài)的表示 第二節(jié)坐標變換 第
12、三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系第四節(jié)連桿坐標變換及運動學方程第五節(jié)運動學逆問題的相關問題機器人運動學的研究內容一般可以將機器人看作是一個開鏈式多連桿機構，始端連桿就是機器人的機 末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關節(jié)連接在一起。機器人運動學包括兩方面問j運動學正問題：已知各關節(jié)角值，求工具在空間的位置和姿態(tài)。實際上， 這是建立運動學方程的過程。運動學逆問題：已知工具的位姿，求各關節(jié)角值，這是求解運動學方程的 問魅第一節(jié)位置和方位的表示為了描述機器人本身各連桿之間.機器人和環(huán)境之間的運動關系，通常將它們看作剛體。剛依的位置和姿態(tài)描述在直角坐標系A中，任意一點P的位置可以用3 xl列向量表示。
13、稱為第一節(jié)位置和方位的表示為了確定剛體B的姿態(tài)（也稱方位），設一個坐標系B與該剛體固接。用坐標系的三個單位主矢量兀，yB,氐相對于參考坐標系A的方向余弦組 成的3x3矩陣表示剛體B相對于坐標系A的姿態(tài)。br = (Axb AyB 乜)稱為，也可表示成：( 、/rZ11Z12Z132122r2341丫32r33)旋轉矩陣是正交的。第一節(jié)位置和方位的表示第一節(jié)位置和方位的表示角的旋轉矩陣,p00、R(x,3)=0cos。一 sin。0sin。cos。，同樣也可以寫出R （y,0),R (z,e)按照上述定義，繞兀軸旋轉了e從勺）)16總之，（方位）第一節(jié)位置和方位的表示第一節(jié)位置和方位的表示第一節(jié)
14、位置和方位的表示為了完全描述剛體B在空間的位置和姿態(tài)，通常將剛體B與某一坐標系相固通常記為B,B的原點一般選在剛體B的特征點上，如質心或對稱中第一節(jié)位置和方位的表示第一節(jié)位置和方位的表示心等。對弧焊機器人中的焊槍可以將原點選在焊槍電極端部。則相對于參考坐標系A,用位置矢量切劇和旋轉矩陣朋分別描述B原點位置及坐標系的方位，即剛體B的位置和姿態(tài)可由坐標系B來描述:當表示位置時，旋轉矩陣為單位陣;當表示姿態(tài)時，位置矢量等于零。第二節(jié)坐標變換坐標系(B)與A具有相同的方位，但B的原點與A的原點不重合,Ap= Bp+A則空間任意點P在A中的描述可以表示為: 稱為坐標平移方程第二節(jié)坐標變換2、坐標旋轉坐標
15、系B與A原點重合，但兩者的方位不同，則空間任意點P在A中 的描述可以表示為:稱為坐標旋轉方程3. 般變換坐標系B與A既不共原點，方位亦不同，此時，第二節(jié)坐標變換4.齊次坐標變換用4 x 1列向量表示三維空間坐標系中的點:第二節(jié)坐標變換第二節(jié)坐標變換膿 、。1 )稱為齊次變換矩陣0、=Trans (A pB)VRot(k, 9)第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系舉例：如果0010r i)A “3Pb。=1.5則,010、0心與九同向；與S同向；Zb與心同向。如前所述，可以將機器人看作 是一個開鏈式多連桿機構，始端連 桿就是機器人的機座，末端連桿與 工具相連，相鄰連桿之間用一個關 節(jié)連接在一起。連桿
16、6連桿5連桿4連桿3對于一個6自由度機器人，有6 個連桿和6個關節(jié)組成。編號時，機 座稱為連桿0,不旬含在這6個連桿 內，連桿1與機座由關節(jié)1相連，連 桿2通過關節(jié)2與連桿1相連，依此類 推。第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系1、連桿參數(1) 連桿長度連桿兩端軸線間的距離(2) 連桿扭角乞_1連桿兩端軸線間的夾角，方向為從id軸到i軸第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系2、連桿連接參數(1) 連桿之間的距離山%，打1之間的距離(2) 關節(jié)角0% 之間的夾角，方向為從 aM 到 Hj以上定義為一般情況，對運動鏈的兩端，有一些習慣約定:a0=an=0比0 = % =0如
17、果關節(jié)I為轉動關節(jié)，則0是可變的，習慣上約定嚴0 如果關節(jié)I為移動關節(jié)，則乞是可變的，習慣上約定0=0 這些約定同樣適用于關節(jié)所以，每個連桿可以由四個參數來描述，其中描述的為連桿口本身的性質，描述的為連桿id和連桿T之間的 關系。當機器人的連桿鏈制作完成后，如果為轉動關節(jié)，目為變量，若為移動關節(jié)，則為變量，其余參數為常量。所以對于一個6自由度機器人，用18個參數 描述其固定部分，用6個關節(jié)變量描述其變動部分，這種描述方法成為DH法。（Denavit 和 Hartenberg提出的）3、連桿坐標系為了確定各連桿之間的相對運動 關系，在各連桿上分別建立一個 坐標系。與機座固接的坐標系記 為0,與連
18、桿2固接的坐標系記為/坐標系i 1的建立過程： 殆與軸il重合，一般指向關節(jié)il 耳1與重合，指向關節(jié)i斤1按右手法則確定，yi-i=zi-i xxM 原點取在軸i-1與.交點上第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系對于基坐標系0, 一般約定當關節(jié)1變量為零時，0與1重合 對于末端連桿坐標系n,也約定，當關節(jié)ml為零時，n與ml重合第三節(jié)機器人連桿參數及連桿坐標系連桿參數在坐標系中的含義：aj.j %至憶沿Xi的距離 % Zh至屹繞Xi的轉角 J Xi_i至!ki沿Zi的距離 0j Xj一倒Xj繞Zj的轉角第四節(jié)連桿坐標變換及運動學方程在各連桿上建立坐標系之后，可以進行連桿坐標系之間的變換。i到i-
19、1 的變換矩陣用八丫表示。根據連桿坐標系缶定義，i到(i-1的變換如下：先假設i與(i-1)重合(!)誨戸誓操a(3)昭才1去吳護(3)鹽円誓操$(寸)膽得到坐標系i:T二 Rot(x, gj yTransXdij )Rot(z,Q )Trans(z0)(cos ft1 sin (0ai-lidT =sin 0； cos a 11 1-1cos 0； sin a 丨1 1-1-sin j-d. cos a 11 1-1Isin 體 sin jcos 體 sin 色cos%dj COSCTjJ、 0001 第四節(jié)連桿坐標變換及運動學方程這就是連桿坐標系之間的轉換矩陣，機器人制作完成后，每個關節(jié)只
20、有 一個變量，對于轉動關節(jié)叮二越）對于移動關節(jié)丁二了（）第四節(jié)連桿坐標變換及運動學方程將個連桿變換矩陣相乘，可得丁二丫丫F=f(0) i=U-n這就是機器人的運動學方程，描述的是末端連桿(工具)相對于基 坐標系之間的變換矩陣與關節(jié)變量的之間的關系。如果通過傳感器獲得各關節(jié)變量的值，就可以確定機器人末端連桿 上工具的位置和姿態(tài)。這樣就解決了機器人的正運動學問題。第五節(jié)運動學逆問題的相關問題運動學方習丁二 丫丫F=f(&) i二 12n對于機器人運動學逆問題，即已知末端位姿，求各關節(jié)變量值，也就是已知丁求 （求運動學方程的根）在運切學方程兩端左乘（丁匸，對于6自由度機器人，有（了）忙丫沖對.g（0
21、J二于屈同屈忍）求解時，一般不是聯(lián)立求解12個方程，而是找出方程右端的常數項，令其與左端相應項相等，即找出僅含有e 的方程，求出8 1將代入上面方程中，利用同樣方法，可以依次求出0 2 0 30 4 0 5 06求解時，需要直覺觀察與經驗，也可以采用數值解法（復雜）。w第五節(jié)運動學逆問題的相關問題4解的存在性和工作空間 指機器人能否到達所指定的位姿。 例如，對于平面2R機械手，可直觀地寫出其運動學方程x = lx COS。 +Z2 COS(0 +。2) X第五節(jié)運動學逆問題的相關問題pU y)y1 X2kd2對于本例，靈活工作空間只有一 個點。P點在圓環(huán)內有解通常將解存在的區(qū)域稱為機器人 的工
22、作空間。分為2類：靈活工作空間，工具能以任意姿 態(tài)到達的目標點集合；可達工作空間，機器人工具至少 能以一個姿態(tài)到達的目標點集合。如果末端再增加一個轉動關節(jié)，則 靈活空間會變大。即自由度增多，機 器人變靈活。2.解的唯一性和最優(yōu)解的位姿，有兩組解。對于6自由度機器人，解 的數量最多可達16個。右圖為PUMA560機器人,工具在當前位姿條件下，有8組解。隨著自由度的增多，運動學方程的解越 多，即達到空間某一位姿，各關節(jié)變量可 以有多種不同的組合。如3R機械手當前如何選??？避免碰撞；最短行程；多動小關節(jié)，少動大關節(jié);機器人動力學：運動與受力之間的關系 正問題：根據關節(jié)驅動力矩，計算操作臂的運動（位移
23、.速度.加速度）； 逆問題：已知機器人運動軌跡對應的位移.速度.加速度，求所需每個關節(jié)的驅動力矩;第三章機器人驅動與控制技術第一節(jié)驅動電機 第二節(jié)位置控制第一節(jié)驅動電機電動機是機器人驅動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。 常采用的電動機為：步進電機 直流伺服電機 交流伺服電機第一節(jié)驅動電機步進電機經常應用于開環(huán)控制系統(tǒng)，特點為具有較大的低速轉矩，可不配減速器，直接驅動。主要分為三類:永磁式步進電動機：轉子由磁性材料制成， 具有低力矩、低速度、低成本的特點。一般用 于計算機外圍設備（打印機、光驅等）變磁阻式步進電動機：沒有磁性材料，不通 電時，沒有保持力矩，也稱感應式步進電機 混合式步進電動機：上述原理的結合，
24、是目 前應用越來越廣的一種。需要定期維護，且速度不能太高。由于線圈繞在轉子上，散熱問題不易解決，功率不能應1第一節(jié)驅動電機直流伺服電機20世紀80年代中期以前被廣泛使用，優(yōu)點為易于控制，缺點是需要定期維護，速度不能太高，功率不能太大。定子磁場是永磁鐵提供的，線圈中通入 電流，產生轉矩，轉一個角度后，需要換向 器改變電流方向。受換向器（電刷）影響，太大。第一節(jié)驅動電機交流伺服電動機轉子是永磁的，線圈繞在定子上，沒有電刷。線圈中通交變電流。轉子上 裝有碼盤傳感器，檢測轉子所處的位置，根據轉子的位置，控制通電方向。 由于線圈繞在定子上，可以通過外殼散熱，可做成大功率電機。沒有電刷，免 維護。是目前在
25、機器人上應用最多的電動機。和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：1、實現了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；2、高速性能好，一般額定轉速能達到2000 - 3000轉；3、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求 快速起動的場合特別適用；4、低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產生類似于步進電機的步進運行現象。5、電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。減速機目前，機器人普遍采用交流伺服電機驅動，為了提高控制精度，增大驅動 力矩，一般均需配置減速機。通常配備RV減速機（精度高.剛性好）第二節(jié)位置控制機器人是由多軸（關節(jié)）組成
26、，每軸的運動都影響機器人未端的位置和 姿態(tài)。如何協(xié)調各軸的運動，使機器人未端完成要求的軌跡，是需要解決的 問題。由于絕大多數機器人是關節(jié)式運動形式，很難直接檢測機器人未端的運 動，只能對各關節(jié)進行控制。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動機軸上閉環(huán)。給定位置目前機器人基本操作方式為示教再現，示教時，不能將軌跡上的所有點 都示教一遍，一是費時，二是占用大量的存儲器。實際上，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點。對直線軌跡，僅示教兩 個端點；對圓弧軌跡，示教三點（起點、終點、中間點），軌跡上其它中間點 的坐標通過插補方法獲得。第二節(jié)位置控制插補方式：定時插補每隔一定時間插補一次，插補時間間隔Ts般不超過25m
27、s定距插補每隔一定距離插補一次，可避免快速運動時，定時插補造成的軌跡失真。 但也受伺服周期限制。插補算法：直線插補將兩示教點之間按照直線規(guī)律計算中間點坐標。圓弧插補按圓弧規(guī)律計算中間點。第二節(jié)位置控制第二節(jié)位置控制JPeg 幾,Ze）兒,Z。）/y各插補點的坐標：xZ + l rZM =直線插補設機器人末端要從Po運動到Pe,運動速度V,插補時間間隔Ts 直線長度:L = （兀一兀0）2 + （兒一0），+（乙一乙0）2 插補間隔內的行程：d=vTs插補的總步數：N=int（L/d） + l各方向上的增量：ZAA Xe Aq j / 7VAy =（兒- Vo）/NAz =（-Zo）/NX+i
28、= Z + Ay r （，= 0, L 2,，N） z； + Az -/肆第二節(jié)位置控制圓弧插補空間不共線三點P, p2, P3構成一段圓弧。 首先進行坐標變換，把空間圓弧變換為平面圓弧。原點與圓弧的圓心重合，Z軸為外法線方向。 如果Zr與夾角為a , Xr與X。夾角為BOr在基坐標系中的坐標為(x0, y0, z0)A%RJRT=Trans(x0,y0 ,zo)R(z,0)R(x5a)X。PiCWiQP2CW2M2)P3CW3M3)c y0對于平面圓?。喊霃絉總的圓心角(PTs時間內的角位移“ 6 =TsV/R 插補步數：N= (p / A 0 +1xM = xcosA-.sinAyM =
29、ycosA& +兀.sinAO小結：K將示教點坐標轉換為(R)坐標值2.按平面圓弧插補算法，得到插補點坐標(xR, yR) 3.轉換到基坐標系中(兀y憶l)l；T(%九，OH第四章弧焊機器人編程技術第一節(jié)機器人的編程基礎 第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術通過前面的知識，我們知道，機器人是一個軟件可控的機 電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內容。目前，對機器人編程的方式可以分為以下三種:示教編程 機器人語言編程 離線編程1、不教編程示教編程是目前工業(yè)機器人廣泛使用的編程方法，根據任 務的需要，將機器人末端工具移動到所需的位置及姿態(tài)，然后 把每一個位姿連同運行速度、焊接參數等記錄并存儲下來，機 器人便可以按
30、照示教的位姿再現。示教方式有兩種：手把手示教示教盒示教現場示教盒控制器示教編程的優(yōu)點：不需要預備知識和復雜的計算機裝置，方法簡單、易于掌握。示教編程的缺點：占用生產時間，難于適應小批量、多品種的柔性生產需要；編程人員工作環(huán)境差、強度大，一旦失誤，會造成人員傷亡或設備損壞; 編程效率低。第一節(jié)機器人的編程基礎2、機器人語言機器人語言提供了一種通用的人與機器人之間的通訊手段。它是一種 專用語言，用符號描述機器人的運動，與常用的計算機編程語言相似。1973年，Stanford人工智能實驗室開發(fā)了第一種機器人語言- WAVE語 言。1974年，該實驗室開發(fā)了AL語言1979年，Unimation公司開
31、發(fā)了 VAL語言（類似于BASIC ）1984年，該公司推出了VALII語言其他的機器人語言：IBM公司的AML語言及AUTOPASS語言.MIT的 LAMA語言、Automatix公司的RAIL語言等。根據作業(yè)描述水平的高低，機器人語言通常分為三級：動作級：每一個指令對應于一個動作，如MOVE TO ,優(yōu)點為: 語句簡潔，易于編程，缺點為：不能進行復雜的運算，不能接受傳感器信 息。VAL屬于動作級。對象級：是描述操作物依間關系使機器人動作的語言。具有運動控制（與動作 級語言類似的功能）.處理傳感信息.通信和數字運算.良好的擴展性 （用戶可根據需要增加指令）等特點。AML. AUTOPASS屬
32、于對象級。任務級：是比較高級的機器人語言，允許操作人員下達直接命令，不必規(guī)定機 器人的動作細節(jié)。如：焊接工件A,需要非常高的智能，目前還沒有真正 的任務級語言。VAL程序舉例：將物體從位置1 (PICK)搬運到位置2 (PLACE) EDIT DEMO PROGRAM DEMO啟動編輯狀態(tài)1.7OPEN2.? APPRO PICK 503.? SPEED 304.? MOVE PICK5.? CLOSEI6? DEPART 707.? APPROS PLACE 75&? SPEED 209.? MOVES PLACE10.? OPENI11.? DEPART 5012.?EVAL響應 下一步手
33、張開運動至距PICK位置50mm處下一步降至30%滿速運動到PICK位置閉合手后退70mm運動至距PLACE位置75mm處 下一步降至20%滿速運動至PLACE位置在下一步之前手張開后退50mm退出編輯狀態(tài)MOTOMAN XRC控制器語言：焊接一段直線焊縫0000 NOP0001 MOVJ VJ = 10.000002 MOVL V=8000003 ARCON ASF#(1)0004 MOVL V=1000005 ARCOF0006 END空操作以10%關節(jié)速度移動到焊縫起點附近一點 以800mm/min速度移動到焊縫起點 按照文件ASF# (1)的參數起弧 按照100mm/min的焊接速度焊
34、接 熄弧結束第一節(jié)機器人的編程基礎3、離線編程在計算機中建立設備、環(huán)境及工件的三維模型，在這樣一個虛擬的環(huán) 境中對機器人進行編程。機器人離線編程(Off Line Programming, OLP)系統(tǒng)是機器人語言編程的拓展，它充分利用了計算機圖形學的成果，建立機器人及其工作環(huán) 境的模型，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作在離線的情況 下進行編程。離線編程的優(yōu)點減少機器人不工作時間改善了編程環(huán)境；使編程者遠離危險的工作環(huán)境提高了編程效率與質量；可使用高級語言對復雜任務編程 便于和CAD系統(tǒng)集成，實現CAD/CAM / Robotics 一體化。示教編程離線編程需要實際機器人系統(tǒng)和工作環(huán)
35、境需要機器人系統(tǒng)和工作環(huán)境的圖形模型在實際系統(tǒng)上試驗程序通過仿真試驗程序很難實現復雜的機器人軌跡路徑可實現復雜運動軌跡的編程第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術1.2、3.4、第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術如前所述，機器人離線編程是在一個虛擬的環(huán)境中對機器人進行編程。在計算機內建立機器人及其工作環(huán)境的模型，再利用一些 規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作在離線的情況下進行編程。1. 發(fā)展與現狀國外機器人離線編程的研究起步較早，從70年代開始進行這方面的研究工作。自80年代以來，由于機器人離線編程軟件是機器人 應用與研究不可缺少的工具，美國.英國.法國、德國、日本等許 多大學實驗室、研究所.制造公司對機器人離
36、線編程與仿真技術進 行了大的研究，并開發(fā)出原型系統(tǒng)和應用系統(tǒng)。這些軟件有些已經 商品化，對機器人技術發(fā)展以及在各行業(yè)的推廣應用發(fā)揮了巨大的 作用。國外主要離線編程系統(tǒng)軟彳牛包生產公司或矽F究和財勾ROBEXAachen Germany(3EOMAPTokyo, JapanGRASPUniversity of Nottingham, UKPLACEMcAuto Manufacturing, USARobot-SIMCal ma Corp., USAROBOGRAPHIXComputer Vision Corp., USAAutoMod and AutoGramAuto Simulation In
37、c. USAIGRIPDeneb Inc., USARCODESRI, USAROFACEScience Management Corp., USAXPROBEIBM Research Center, USAUATIALAMM, University des Sciences et Techniques du Languedoc, FranceROBUADTecnomatix Corp., USAROBOCELLMcMaster University, CanadaROSIKarisruhe University, GermanCimStationSILMA Inc., USAWorkspac
38、eRobot Simulations Inc., USASMARUniversity de Poitiers FrancePLACE(Position layout and Cell Evaluator)是由美國McAuto 公司開發(fā)的機器人軟件的模塊之一。該軟件還包括BUILD. COMMAND和AD川UST模塊。該軟件是早期比較著名的的軟件 之一，用于設計.評價機器人制造單元和機器人離線編程。UNIGRAPHICSORCAD SYSTEMPLACECELL DESIGNBUILDROBOT MODELBUILDERCOMMANDROBOTPROGRAMMINGROBOTWORKCELLAD
39、JUSTCELLCALIBRATION第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術ROBCAD是Tecnomatix公司八十年代推出的.運行在SGI工作站.UNIX操作系統(tǒng)下的大型機器人設計.仿真和離線編程系統(tǒng)。該軟件由六大模塊組成：機械設計.建模模塊(Mechanical Modeling ) 工作單元布置 模塊(Workcell Layout).任務描述模塊(Task Description).仿真模塊 (Simulation) 機械制圖模塊(Drafting)和數據管理模塊(DataManagement)。機械設計.建模模塊主要完成機器人及環(huán)境的幾何建模. 運動機構如機器人.設備的運動學建模，并具有數據
40、查詢.文件管理等功 能。Workspace是Robot Simulations公司開發(fā)的第一個商品化的基于微機的機器人仿真與離線編程軟件。該軟件采用了ACIS作為建模核心，與一些 基于微機的CAD系統(tǒng)如AutoCAD做到了很好的數據交換。第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術IGRIP,美國Deneb公司產品，卓越的圖形功能，不僅可運行在SGI. HP等工作站上，也可運行在高檔PC機上。_一5vCA kv tcProfiMJWtArcUraMvrinVirtual RctHtvi %”q4UctruM*k l H.Cnfx 5h1ltatcpM ffCMC*Pill n# vr*hr*lMpyC*9vr
41、tillCW9 r ie-*!flaa4VDataI iOtCrOt4tCrulasViMOlaplovhelp*t第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術裝甲車殼體1 Ipof b 汽J HI I r Zn I Ifft J . fltlf IKIH 4 li H VltMlHl J. I- 7.-ill .( I.V Il .hJ ；1/ ! 0啦胡亦 9 0再Ud力荻III絃內丫 : / X X0 c|f:on iiacl : 叫 x - 弓？!： i :l.:a mRChT ；： :Mil f r.riTRnil:rJ z1 |-i?adhf/si?/zhm luiciooSMAI (2IIII
42、Olli HQ lOIiiIogha-pIotracki wi M建立的工作單元實例結束第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術首先引入標簽點（TagPoint）的概念。在離線編程系統(tǒng)中，標簽點是 一個以笛卡爾坐標系圖形為基礎的對象，其圖形表征了機器人運動中的工 具坐標系的位姿，其內部還可記錄著該點的焊接工藝參數。標簽點圖形是 由三個互相垂直的一定長度直線.標簽點名稱以及X. Y Z字符組成，不 隨用戶觀察視點變化，便于用戶觀察與利用。路名（Path）是一系列標簽點的集合。路徑分為普通路徑和焊接路徑， 普通路徑只記錄機器人運動過程，而在焊接路徑中，標簽點還要記錄其性 質如起弧點、熄弧點等，以及焊接參數。一
43、條路徑必須屬于某個部件。路徑1路徑2部件路徑N第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術標簽點1標簽點2 標簽點M第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術記錄下來，以便于用戶的編輯，也可保存相應位置點的工藝參數。用戶可以 利用提供的命令對單個標簽點或整條路徑進行修改，從而改變機器人工具的運動過程或焊接參數，這要比示教編程的方便得多。由于路徑屬于部件，所 以路徑將與部件一起運動。這樣，當工件重新裝夾或變位機運動時，用戶以 前的工作將隨路徑被一起保留下來，而避免了示教方式所需的重新示教操作。 因此，路徑功能使離線編程的效率比示教編程的效率高得多。平焊卩Z上坡焊為了用語言描述機器人工作單元的工作過
44、程，本文定義了機器人執(zhí)行 級離線編程語言（MOPL）。MOPL是一種解釋性的語言，可對系統(tǒng)圖形 進行實時操作。利用MOPL中的命令書寫程序，便可實現機器人工作單元的離線編程。ProgramStart,編程開始 $Device,指定當俞設備 SMotype,指定當箭運動類型 SSpeed,指定當前運動速度 MoveTo,工具移動到某一標簽點MoveHome,設備移動到零位Move Joint,移動設備的某個關節(jié)Move Joints,移動設備的多個關節(jié) MoveAlong,工具沿某條路徑移動 MoveVia,經中間標簽點移到目標標簽點OrientTag,變位機標簽點百X XLWT MODELSM
45、AP GRID ORTHO 局LA“Cc*osd:井料丨$力 ix cau aq SaMiD啟門H，宣，J 憐乙 Zd創(chuàng)飛兒RE冷冷/ 4RHh -20X4X9 Z.MoveRelative,工具以笛卡爾方式相對移動，注釋語句第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術ProgramStart$Device= robot$Speed= 5.000Movejoints To -30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000MoveTo seam_l$Motype= Straight$Speed= 10.000MoveAlong seam From 2 To 16$Motype= Joi
46、ntMoveHome第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術通過離線編程器編制的MOPL程序只能在離線編程系統(tǒng)內進行仿真，不能 直接下載給機器人。而且各種機器人接受的機器人語言各不相同，因此需要將MOPL文件轉換為特定機器人可接受的程序。程序轉換模塊的作用?？诔绦蜣D換模塊特定的機 器人程序自定義的九自由度機器人程序的基本格式10.000機器人速度序號運動方式代碼機器人關節(jié)角2 P 3.274 8.857 -9.1411.894 30.230 -3.789ASX引弧標志及焊接參數設定組運動方式代碼運動方式1P點位運動AE熄弧標志2L鬥線運動3C圓弧運動4S直線協(xié)調運動END程序結束標志50圓弧協(xié)調運動第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術3135.0092, 3261.3466,0.0000SNAP GRID ORTHO第二節(jié)弧焊機器人離線編程技術程序轉換器結構MOPL程序1錯誤處理1圖形?據劇
焊接機器人技術講解
