《工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程（FANUC）（黃忠慧）》配套PPT課件

《工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程（FANUC）（黃忠慧）》配套PPT課件,工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程（FANUC）（黃忠慧）,工業(yè),機(jī)器人,現(xiàn)場,編程,FANUC,黃忠慧,配套,PPT,課件 工業(yè)機(jī)器人（工業(yè)機(jī)器人（FANUCFANUC）現(xiàn)場編程）現(xiàn)場編程初識工業(yè)機(jī)器人任務(wù)任務(wù)1 1 了解了解工業(yè)機(jī)器人定義工業(yè)機(jī)器人定義美國工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(RIA)的定義:機(jī)器人是設(shè)計用來搬運物料、部件、工具或?qū)ｉT裝置的可重復(fù)編程的多功能操作器，并可通過改變程序的方法來完成各種不同任務(wù)。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器”。德國標(biāo)準(zhǔn)(VDI)中的定義:工業(yè)機(jī)器人是“具有多自由度的、能進(jìn)行各種動作的自動機(jī)器，它的動作是可以順序控制的、軸的關(guān)節(jié)角度或軌跡可以不靠機(jī)械調(diào)節(jié)，而由程序或傳感器加以控制。工業(yè)機(jī)器人具有執(zhí)行器、工具及制造用的輔助工具，可以完成材料搬運和制造等操作”任務(wù)任務(wù)1 1 了解了解工業(yè)機(jī)器人定義工業(yè)機(jī)器人定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對工業(yè)機(jī)器人定義為：“是一種能自動控制?？芍貜?fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運材料、工件或操持工具，來完成各種作業(yè)”目前國際上大都遵循ISO所下的定義。工業(yè)器件人的發(fā)展工業(yè)器件人的發(fā)展國際上第一臺工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品誕生于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時其作業(yè)能力僅限于上、下料這類簡單的工作。直到20世紀(jì)80年代，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)才得到了巨大的發(fā)展，成為機(jī)器人發(fā)展的一個里程碑，1980年被稱為“機(jī)器人元年”。為滿足汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，這個時期開發(fā)出點焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、噴涂機(jī)器人以及搬運機(jī)器人這四大類型的工業(yè)機(jī)器人，其系列產(chǎn)品已經(jīng)成熟并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，裝配機(jī)器人及柔性裝配線又相繼開發(fā)成功。1.1.21.1.2工業(yè)器件人的發(fā)展工業(yè)器件人的發(fā)展進(jìn)人20世紀(jì)80年代以后，裝配機(jī)器人和柔性裝配技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并進(jìn)人一 個大發(fā)展時期。現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展成為一個龐大的家族，并與數(shù)控（CN)、可編程控制器(PLC)一起成為工業(yè)自動化的三大技術(shù),應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域之中。謝 謝電氣電子學(xué)院 黃老師FANUC ROBOT 任務(wù)任務(wù)2 2 了解了解工業(yè)機(jī)器人的組成及其技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成及其技術(shù)參數(shù)1.2.1 1.2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成。如圖，一臺完整的工業(yè)機(jī)器人由以下幾個部分組成:操作機(jī)（本體），驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及可更換的末端執(zhí)行器1操作機(jī)（機(jī)器人本體）操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，即通常說的機(jī)器人本體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)械。它因作業(yè)任務(wù)不同而有各種結(jié)構(gòu)形式和尺寸。工業(yè)機(jī)器人的“柔性”除體現(xiàn)在其控制裝置可重復(fù)編程方面外，還和機(jī)器人操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系。機(jī)器人中普遍采用的關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，其有類似人體腰、肩和腕等的仿生結(jié)構(gòu)。2驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)是指驅(qū)動操作機(jī)運動部件動作的裝置，也就是機(jī)器人的動力裝置。機(jī)器人使用的動力源有：壓縮空氣、壓力油和電能。因此相應(yīng)的動力驅(qū)動裝置就是氣缸、油缸和電機(jī)。這些驅(qū)動裝置大多安裝在操作機(jī)的運動部件上，所以要求它的結(jié)構(gòu)小巧緊湊、重量輕、慣性小、動作平穩(wěn)。3控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是機(jī)器人的“大腦”，它通過各種控制電路硬件和軟件的結(jié)合來操縱機(jī)器人，并協(xié)調(diào)機(jī)器人與生產(chǎn)系統(tǒng)中其他設(shè)備的關(guān)系。普通機(jī)器設(shè)備的控制裝置多注重自身動作的控制。而機(jī)器人的控制系統(tǒng)還要注意建立自身與作業(yè)對象之間的控制聯(lián)系。一個完整的機(jī)器人控制系統(tǒng)除了作業(yè)控制器和運動控制器外，還包括控制驅(qū)動系統(tǒng)的伺服控制器以及檢側(cè)機(jī)器人自身狀態(tài)的傳感器反饋部分?，F(xiàn)代機(jī)器人控制裝置可由可編程控制器、數(shù)控控制器或計算機(jī)構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)是決定機(jī)器人功能和水平的關(guān)鍵部分，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分。4末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器是指連接在操作腕部的直接用于作業(yè)的機(jī)構(gòu)。它可能是用于抓取搬運的手部(爪)，也可能是用于噴漆的噴槍，用的砂輪以及檢查用的測量工具等。工業(yè)機(jī)器人操作臂的手腕上有用于連接各種末端執(zhí)行器的機(jī)械連接口，按作業(yè)內(nèi)容選擇的不同手爪或工其就裝在其上，這進(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)器人作業(yè)的柔性。1.2.21.2.2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要參數(shù)一般都應(yīng)有：自由度、工作精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力等1)自由度自由度是指機(jī)器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行器(手爪)的開合自由度。如.表1-2所示的單自由度關(guān)節(jié)通常實現(xiàn)平移、回轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)運動。在完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機(jī)器人就叫做冗余自由度機(jī)器人。亦可簡稱冗余度機(jī)器人。2）定位精度和重復(fù)定位精度工業(yè)機(jī)器人的工作精度主要指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度也稱絕對精度，是指機(jī)器人手部實際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度(或簡稱重復(fù)精度)，是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。它是衡量一系列差值的密集度，即重復(fù)度。3）工作范圍工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點的集合，也叫做工作區(qū)域。因為末端執(zhí)行器的形狀和尺寸是多種多樣的，為了真實反映機(jī)器人的特征參數(shù)，工作范圍是指不安裝末端執(zhí)行器時的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的，機(jī)器人在執(zhí)行某種作業(yè)時可能會由于存在手部不能到達(dá)的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)。4）最大工作速度最大工作速度，有的廠家指主要自由度上最大的穩(wěn)定速度。有的廠家指手臂末端最大的合成速度。通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說明，很明顯，工作速度越高，工作效率越高，但是。工作速度越高就要花費更多的時間去升速或降速，或者對機(jī)器人最大加速度的要求更高。5)承載能力承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅決定于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機(jī)器人運動的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的質(zhì)量。M-10iA主要技術(shù)參數(shù)模式關(guān)節(jié)型控制軸數(shù)6軸（J1,J2,J3,J4,J5,J6）安裝形式地面安裝運動范圍J1340/360degJ4380degJ2250degJ5280degJ3455degJ6720deg最大運動速度J1210deg/sJ4400deg/sJ2190deg/sJ5400deg/sJ3210deg/sJ6600deg/s允許的最大扭矩J42.2kgf.m允許的最大轉(zhuǎn)動慣量J40.63kg.m2 J52.2kgf.mJ50.63kg.m2 J61.0kgf.mJ60.15kg.m2最大負(fù)重手腕部最大負(fù)載12KgJ3臂部12kg驅(qū)動方式交流伺服驅(qū)動重復(fù)精度0.08mm自重130kg安裝環(huán)境環(huán)境溫度：0 to 45 振動：0.5 G(4.9m/s2)以下環(huán)境濕度：一般要求低于75%RH，無霜凍，結(jié)露，短時間（一個月內(nèi)）可在95%RH以下環(huán)境工作 M-10iA機(jī)器人本體配置Item/名稱Specification/配置1Wrist flange(ISO)/法蘭盤(ISO)Standard Type/標(biāo)準(zhǔn)型2Transportation tool /搬運工具 Eyebolt/運輸?shù)醐h(huán)3Mechanical mastering mark/零位標(biāo)簽Scribe mark/機(jī)械劃線零位表示4Axis limitation/軸限位J1軸5Robot connection cable/機(jī)器人連接電纜 Non-Flex 7m/非柔性電纜7米6Robot mechanical cable(Base to J3)機(jī)器人機(jī)體內(nèi)電纜（底座到J3軸）Air2/氣管(2根)EE/EE信號線8進(jìn)8出R-30iB_ContorllerMate型控制箱體（M-10iA）控制軸卡支持最多24根軸，且可通過輔助軸卡支持最多36根軸可快速更換的放大器（小于5分鐘）彩色，具網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，易于編程且可自定義用戶界面的iPendant多樣的I/O連接方式針對各種應(yīng)用的豐富Item/名稱名稱Specification/配置配置1 Cabinet/箱體R-30iB控制柜 Mate柜體（三相電源）2 Main Board/主板Main board A(Standard)/標(biāo)準(zhǔn)主板4 CPU Card /CPU卡CPU card Standard(DRAM 64MB)5 FROM&SRAM Card/內(nèi)存卡64MB FROM/2MB SRAM6 Axes servo card/軸控制卡Axes control card 6 axes(Standard)/6軸控制軸卡7 Servo Amplifier/伺服放大器6 axes servo amplifier/6軸伺服放大器8 Ports for file transfer/文件傳輸端口CF card interface+USB port/CF卡接口+USB接口9 Back Panel/背板槽2 slot/2槽10 Communication/通訊Peripheral cable Direct in(DI/DO=28/24)Main Board 10m(Open Air)/主板IO通訊（28進(jìn)24出）11 Teach pendant/示教盒iPendant with USB port/帶USB接口的彩色示教盒任務(wù)任務(wù)3 3 了解了解工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用1.3.1 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類1按作業(yè)用途分類依據(jù)工業(yè)機(jī)器人具體的作業(yè)用途。可分為點焊機(jī)器人、搬運機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人以及裝配機(jī)器人等。1.3.1 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類2按操作機(jī)的運動形態(tài)分類按工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)運動部件的運動坐標(biāo)把機(jī)器人區(qū)分為直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極(球)坐標(biāo)式機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和關(guān)節(jié)式機(jī)器人，如圖3所示。另外，還有少數(shù)復(fù)雜的機(jī)器人是采用以上方式組合的組合式機(jī)器人。1.3.1 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類3按機(jī)器人的負(fù)荷和工作范圍分類大型機(jī)器人-負(fù)荷為110kN，工作空間為10m3中型機(jī)器人-負(fù)荷為101000N，工作空間為110m3小型機(jī)器人-負(fù)荷為1100N，工作空間為0.11m3超小型機(jī)器人-負(fù)荷為小于1N，工作空間小于0.1m3以上所謂負(fù)荷是指機(jī)器人在規(guī)定的性能條件下，機(jī)器人所能搬移的質(zhì)量，其中包括了機(jī)器人末端執(zhí)行器的質(zhì)量。4按機(jī)器人具有的運動自由度數(shù)分類機(jī)器人的自由度數(shù)的定義:操作機(jī)各運動部件獨立運動的數(shù)目之和。這種運動只有兩種形態(tài):直線運動和旋轉(zhuǎn)運動。機(jī)器人腕部的任何復(fù)雜運動都可由這兩種運動來合成。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)一般為2-7個，簡易型的為2-4個自由度，復(fù)雜型的為5-7個自由度。自由度數(shù)越多，機(jī)器人的“柔性”越好，但結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜。5 按機(jī)器人控制系統(tǒng)的編程方式分類直接示教工人手把手示教或示教盒示教;離線示教(或離線編程)不對實際作業(yè)的機(jī)器人直接進(jìn)行示教，而是脫離實際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)。間接地對機(jī)器人進(jìn)行示教6 按機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制方式分類點位控制機(jī)器人只控制到達(dá)某些指定點的位置精度，而不控制其運動過程。連續(xù)軌跡控制機(jī)器人對運動過程的全部軌跡進(jìn)行控制。7 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式分類將驅(qū)動器劃分為液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和新型驅(qū)動裝置8其他分類 在工業(yè)發(fā)展史上還有一種按其發(fā)展階段對機(jī)器人進(jìn)行分類第一代機(jī)器人-不具備傳感器反饋信息的機(jī)器人.如固定程序的機(jī)械手或主從式操作機(jī)。從嚴(yán)格意義上講，這類設(shè)備不是機(jī)器人而是機(jī)械手，第二代機(jī)器人-具有傳感器反饋信息的可編程的示教再現(xiàn)式機(jī)器人。目前在工業(yè)應(yīng)用中占統(tǒng)治地位。第三代機(jī)器人-即智能機(jī)器人。它除有內(nèi)部反饋信息外，還裝有各種檢測外部環(huán)填的傳感器，使機(jī)器人可識別，判斷外部條件，對自身的動作做出規(guī)劃，合理高效地完成作業(yè)。任務(wù)任務(wù)4 4 認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的運動的運動1.4.11.4.1坐標(biāo)系坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動正方向的定義笛卡爾坐標(biāo)系定義笛卡爾坐標(biāo)系定義1絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系是與機(jī)器人的運動無關(guān)，以地球為參照系的固定坐標(biāo)系，參看圖1-8。符號：O0X0Y0Z0;原點：O0 絕對坐標(biāo)系的原點O0是由用戶根據(jù)需要來確定。+Z0軸與重力加速度的矢量共線，但其方向相反。+X0軸是根據(jù)用戶的使用要求來確定。3機(jī)械接口坐標(biāo)系機(jī)械接口坐標(biāo)系 機(jī)械接口坐標(biāo)系是以機(jī)械接口為參照系的坐標(biāo)系。機(jī)械接口坐標(biāo)系符號：OmXmYmZm;原點Om機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點OM是機(jī)械接口的中心。+Zm軸的方向，垂直于機(jī)械接口中心，并由此指向末端執(zhí)行器。+Xm軸是由機(jī)械接口平面和X1、Z1平面（或平行于X1、Z1的平面）的交線來定義的。同時機(jī)器人的主、副關(guān)節(jié)軸處于運動范圍的中間位置。當(dāng)由于機(jī)器人的構(gòu)造不能實現(xiàn)此約定時，應(yīng)由制造廠規(guī)定主關(guān)節(jié)軸的位置。+Xm軸的指向是遠(yuǎn)離Z1軸。4 工具坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系 工具坐標(biāo)系是以安裝在機(jī)械接口上的末端執(zhí)行器為參照系的坐標(biāo)系。符號：OtXtYtZt；原點Ot是工具中心點（TCP）,見圖1-10：+Zt軸與工具有關(guān)，通常是工具的指向。+Yt軸軸在平板式夾爪型夾持器夾持時（見GB/T 19400-2003）,+Yt是在手指運動平面的方向。5 關(guān)節(jié)座標(biāo)系關(guān)節(jié)座標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，即為每個軸相對原點位置的絕對角度。參看圖1-11；關(guān)節(jié)座標(biāo)系和X-Y軸設(shè)置的平面有關(guān)。符號：OiXiYiZi(i=1,2,3)原點Oi：第i個關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點Oi在第i個關(guān)節(jié)軸上，且到i-1個關(guān)節(jié)軸的距離ai-1最短。+Zi軸：指離原點Oi，朝向i關(guān)節(jié)線上的Oi點，且第i關(guān)節(jié)軸線到i+1個關(guān)節(jié)軸線的距離最短。+Xi軸：+Xi軸的方向由原點開始，指向為Oi-1到Oi的方向。1.4.2 1.4.2 機(jī)器人的運動機(jī)器人的運動1.機(jī)器人的運動機(jī)器人運動有移動和轉(zhuǎn)動兩種。（1）移動 末端執(zhí)行器的移動是以基座坐標(biāo)系作參照而確定的。其方向指定如下：+X或-X是沿著或平行于X1軸；+Y或-Y是沿著或平行于Y1軸；-Z是沿著或平行于Z1軸；(2）轉(zhuǎn)動 A、B、C分別被定義為圍繞平行于坐標(biāo)軸X、Y和Z軸的獨立轉(zhuǎn)動。一般轉(zhuǎn)動是由獨立轉(zhuǎn)動的組合來表達(dá)的。關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人的正負(fù)運動+Z或方向確認(rèn)示意如圖1-12所示。1.4.3機(jī)器人位置控制工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)具有如下特點:工業(yè)機(jī)器人有若干個關(guān)節(jié)，典型工業(yè)機(jī)器人有五六個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)由一個伺服系統(tǒng)控制，多個關(guān)節(jié)的運動要求各個伺服系統(tǒng)協(xié)同工作。工業(yè)機(jī)器人的工作任務(wù)是要求末端工具進(jìn)行空間點位運動或連續(xù)軌跡運動，對工業(yè)機(jī)器人的運動控制，需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換運算。工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型是一個多變量、非線性和變參數(shù)的復(fù)雜模型，各變量之間還存在著耦合，因此工業(yè)機(jī)器人的控制中經(jīng)常使用前饋、補(bǔ)償、解耦和自適應(yīng)等復(fù)雜控制技術(shù)。運動控制目前的機(jī)器人多采用分布式計算機(jī)控制，分為兩個層次。第一層次為伺服控制器，每個關(guān)節(jié)電動機(jī)配置一套伺服控制器，實現(xiàn)電動機(jī)的位移、速度、加速度及力矩的閉環(huán)控制;第二層次也稱上位計算機(jī)，負(fù)責(zé)軌跡點的生成、人機(jī)交互及其他一些管理任務(wù)，如圖1-13示在機(jī)器人軌跡插補(bǔ)方面，有定時插補(bǔ)和定距插補(bǔ)兩種方法。定時插補(bǔ)：定距插補(bǔ)：直線插補(bǔ)：圓弧插補(bǔ)：謝 謝電氣電子學(xué)院 黃老師FANUC ROBOT