1、任务一 认识YL-399工业机器人实训装备 亚龙YL-399工业机器人系统实训装备(见图1-1)是一套将工业机器人基本操作融入工业应用情景的工业机器人实训设备,设备围绕工业机器人操作及应用的核心技能点,覆盖了基础训练、搬运应用、焊接应用、机床上下料应用、码垛应用、模拟涂胶、装配、变位机应用、自动生产线应用等项目。该装备采用落地式的安装形式,保证设备的稳定可靠,同时采用包含有机玻璃防护罩、安全门(安全锁)系统、安全光幕、语音报警器等多道硬件防护装置。图1-1YL-399工业机器人实训装备装备共有九个基础实训模块:基础学习和实训套件、搬运工作站、机床上下料工装套件、焊接工装套件、码垛工装套件、模拟
2、涂胶工装套件、装配工装套件、伺服电机变位机、自动生产线工作站。各模块采用标准结构模块放置架,互换性强,可按照生产功能和学习功能的原则确定选择不同的模块。系统的控制部分分为两种控制模式。演示模式时采用PLC、触摸屏对整个系统进行联机自动运行操作。实训模式时采用安全接插导线直接连接,不需要使用PLC对系统进行编程联机,可单独对机器人的工作进行自动运行控制。1.工业机器人承载台工业机器人承载台,如图1-2所示,分为三部分:操作对象承载台、工业机器人安装台及工作台接线盒与气动系统接线部分。操作对象承载台台面采用不锈钢面板,厚度为22mm,表面镀铬处理,网格间距30mm,M6螺纹安装孔,可快速牢靠安装多
3、种工作对象。工业机器人安装台用于安装工业机器人本体。工作台接线盒与气动系统接线部分如图1-3所示,安装在工作台右侧。工作台接线盒由上方两条15组对接型接线端子和下方两个16针航空插组成。不同工装套件中所含的传感器信号线直接接到工作台接线盒上方的对接型接线端子上,下方16针航空插与电气控制柜连接。气动系统部分由油水分离器(气源装置)和电磁阀门组件组成,用于不同工装套件气动执行元件的控制。图1-2工业机器人承载台图1-3工作台接线盒与气动系统接线部分2.有机玻璃防护门有机玻璃防护门(见图1-4)采用铝合金型材与有机玻璃搭建,玻璃门上采用多重安全保护系统,有安全门禁锁、AGV信号扬声器、安全光幕。3
4、.工装夹具装配台及四门玻璃柜(见图1-5)工装夹具装配台尺寸为900mm500mm1300mm,共分为两层。下层采用角铁焊接;上层桌面材质为绝缘橡胶,且装有台虎钳一台,桌面有单排工具摆放架,可供各种工具放置,用于练习拆装制作工装夹具使用。四门玻璃柜采用钣金结构,内有多层空间,用于存放实训套件。图1-4有机玻璃防护门图1-5装配台及四门玻璃柜4.基础学习和实训套件装备共配有九个基础实训模块:基础学习和实训套件、搬运工作站套件、机床上下料工装套件、焊接工装套件、码垛工装套件、模拟涂胶工装套件、装配工装套件、伺服电机变位机、自动生产线工作站,如图1-6图1-14所示。图1-6基础学习和实训套件图1-
5、7搬运工作站套件图1-8机床上下料工装套件图1-9焊接工装套件图1-10码垛工装套件图1-11模拟涂胶工装套件图1-12装配工装套件图1-13伺服电机变位机图1-14自动生产线工作站 本装备的电气系统主要由四大部分组成:电气控制柜、机器人控制柜、工作台信号接线盒和安全防护系统。1.电气控制柜如图1-15所示,电气控制柜由接地端子、电源单元(漏开,空开)、开关电源、伺服驱动器、变频器、PLC、继电器转接板、继电器等组成。所有的电气元件信号均连接到继电器转接板上,通过模式选择开关选择不同模式与机器人控制柜连接。图1-15电气控制柜面板及内部3.工作台信号接线盒工作台信号接线盒由两组15路对接型接线
6、端子、两只17针航空插母头组成。接线盒主要作为工作台上不同的载体,即不同工装套件的各类传感器信号以及机器人夹具信号进行转接,各种信号线可直接接到接线盒上方的两组15路对接型接线端子上,信号线通过下方的两只航空插直接接入电气控制柜中,以供系统对工作台信号与机器人集成信号进行控制。2.机器人控制柜机器人控制柜电气部分主要包含:机器人供电电源开关、机器人输入/输出信号、机器人外部急停信号。4.安全防护系统安全防护系统电气部分包含:门禁开关、吸力280kg的KOB电磁锁、门磁控感应开关、AGV信号扬声器、警示灯、安全光幕等。设备初始状态下电磁锁吸合,安全门关闭的同时,门磁开关处于闭合状态。当门禁开关按
7、下时电磁锁失电打开,安全门可直接拉开,门开后门磁开关处于断开状态。安全光幕处于常闭状态,若触发安全光幕则设备进行安全保护,机器人停止动作。AGV信号扬声器可对设备的操作进行语言提示,同时触发报警时,扬声器也进行语音播报。警示灯则直接反馈当前设备处于的状态。5.系统的控制模式系统的控制部分有演示模式和实训模式两种控制方式。演示模式时,通过PLC对机器人及其他执行机构进行逻辑控制。实训模式时采用安全接插导线将按钮、指示灯、工装套件的各类传感器信号及执行元器件信号直接连接到机器人IO板,由机器人控制,在该种模式下,不需要使用PLC对系统进行编程联机,可单独对机器人进行自动运行控制,如图1-16所示。
8、图1-16实训模式任务二 认识ABB工业机器人 IRB 120是ABB机器人部2009年9月推出的最小机器人和速度最快的六轴机器人,是由ABB(中国)机器人研发团队首次自主研发的一款新型机器人,IRB 120是ABB新型第四代机器人家族的最新成员。IRB 120具有敏捷、紧凑、轻量的特点,控制精度与路径精度俱佳,是物料搬运与装配应用的理想选择。IRB 120重25kg,荷重3kg(垂直腕为4kg),工作范围达580mm,手腕中心点工作范围示意图如图2-1所示,具体参数见表2-1。表2-1IRB 120的主要参数IRB 120的最大工作行程为411mm,底座下方拾取距离为112mm,广泛适用于电
9、子、食品饮料、机械、太阳能、制药、医疗、研究等领域,也是教学领域中较常见的机型。为缩减机器人占用空间,IRB 120可以任何角度安装在工作站内部、机械设备上方或生产线上其他机器人的近旁。机器人第1轴回转半径极小,更有助于缩短与其他设备的间距。图2-1IRB 120工作范围示意图 IRB 1410外型及其工作范围示意图如图2-2所示,它以性能卓越、经济效益显著,资金回收周期短等特点,在弧焊、物料搬运和过程应用领域得到广泛的应用。图2-2IRB 1410外型及其工作范围示意图IRB 1410机器人的特点如下:1)IRB 1410工作周期短、运行可靠,能助用户大幅提高生产效率。该款机器人在弧焊应用中
10、历经考验,性能出众,附加值高,投资回报快。2)IRB 1410手腕荷重5kg;上臂提供独有18kg附加荷重,可搭载各种工艺设备。控制水平和循径精度优越。3)IRB 1410的过程速度和定位均可调整,能达到最佳的制造精度,次品率极低,甚至达到零。4)IRB 1410以其坚固可靠的结构而著称，而由此带来的其他优势是噪声水平低、例行维护间隔时间长、使用寿命长。5)IRB 1410的工作范围大、到达距离长、结构紧凑、手腕极为纤细,即使在条件苛刻、限制颇多的场所,仍能实现高性能操作。6)专为弧焊而优化,IRB 1410采用优化设计,设有送丝机走线安装孔,为机械臂搭载工艺设备提供便利。标准IRC 5机器人
11、控制器中内置各项人性化弧焊功能,可通过专利的编程操作手持终端FlexPendant(示教器)进行操控。IRB 1410机器人的技术参数见表2-2。表2-2IRB 1410机器人技术参数 IRC 5控制系统包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块(计算机主体)、输入/输出板、Customer connections(用户连接端口)、FlexPendant接口(示教盒接线端)、轴计算机板、驱动单元(机器人本体、外部轴)。系统构成如图2-3所示,具体介绍如下:图2-3系统构成A:操纵器(图中所示为普通型号)。B1:IRC 5 Control Module,包含机器人系统的控制电子装置。B2:IRC
12、 5 Drive Module,包含机器人系统的电源电子装置。在Single Cabinet Controller 中,Drive Module包含在单机柜中。MultiMove系统中有多个Drive Module。C:RobotWare光盘,包含所有机器人软件。D:说明文档光盘。E:由机器人控制器运行的机器人系统软件。G:带Absolute Accuracy选项的系统专用校准数据磁盘。不带此选项的系统所用的校准数据通常随串行测量电路板(SMB)提供。F:RobotStudio Online计算机软件(安装于个人计算机上)。RobotStudio Online用于将 RobotWare软件载入
13、服务器,以及配置机器人系统并将整个机器人系统载入机器人控制器。H:与控制器连接的FlexPendant。J:网络服务器(不随产品提供),可用于手动储存RobotWare、成套机器人系统、说明文档。在此情况下,服务器可视为某台计算机使用的存储单元,甚至计算机本身。如果服务器与控制器之间无法传输数据,则可能是服务器已经断开。PCK:服务器的用途:使用计算机和RobotStudio Online可手动存取所有的RobotWare软件。手动储存通过便携式计算机创建的全部配置系统文件。手动存储由便携式计算机和 RobotStudio Online安装的所有机器人说明文档。在此情况下,服务器可视为由便携式
14、计算机使用的存储单元。M:RobotWare许可密钥。原始密钥字符串印于Drive Module内附纸片上(对于Dual Controller,其中一个密钥用于Control Module,另一个用于Drive Module;而在MultiMove 系统中,每个模块都有一个密钥)。RobotWare 许可密钥在出厂时安装,从而无须进行额外的操作来运行系统。N:处理分解器数据和存储校准数据的串行测量电路板(SMB)。对于不带Absolute Accuracy选项的系统,出厂时校准数据存储在SMB上。个人计算机(不随产品提供)可能就是图中所示的网络服务器J。如果服务器与控制器之间无法传输数据,则可
15、能是计算机已经断开连接。示教器如图2-4所示,FlexPendant设备(有时也称为TPU或示数单元)用于处理与机器人系统操作相关的许多功能,如运行程序、微动控制操纵器、修改机器人程序等。使能装置上的三级按钮:默认不按为一级,不得电;按一下为二级,得电;按到底为三级,不得电。示教单元的初始界面如图2-5所示,另有初始窗口、Jogging窗口、输入/输出(I/O)窗口、Quickset Menu(快捷菜单)、特殊工作窗口。图2-4示教器1连接器2触摸屏3紧急停止按钮4使动装置5控制杆图2-5初始界面1ABB菜单2操作员窗口3状态栏4关闭按钮5任务栏6快速设置菜单1.目标点和路径在对机器人动作进行
16、编程时,需要使用目标点(位置)和路径(向目标点移动的指令序列)。目标点是机器人要达到的坐标。它通常包含以下信息:位置(目标点在工件坐标系中的相对位置)、方向(目标点的方向,以工件坐标的方向为参照,当机器人达到目标点时,它会将TCP的方向对准目标点的方向)、Configuration(用于指定机器人要如何达到目标点的配置值)。路径是指向目标点移动的指令顺序。机器人将按路径中定义的目标点顺序移动。2.坐标系在RobotStudio软件中,可以使用坐标系或用户定义的坐标系进行元素和对象的相互关联。各坐标系之间在层级上相互关联。每个坐标系的原点都被定义为其上层坐标系之一中的某个位置。下面介绍常用的坐标
17、系统。1)工具中心点坐标系(也称为TCP):是工具的中心点。可以为一个机器人定义不同的TCP。所有的机器人在机器人的工具安装点处都有一个被称为tool0的预定义TCP。当程序运行时,机器人将该CP 移动至编程的位置。2)RobotStudio大地坐标系:用于表示整个工作站或机器人单元。是层级的顶部,所有其他坐标系均与其相关(当使用RobotStudio时)。基座(BF):在RobotStudio和现实中,工作站中的每个机器人都拥有一个始终位于其底部的基础坐标系。任务框(TF):在RobotStudio中,任务框表示机器人控制器大地坐标系的原点。图2-6所示说明了基座与任务框之间的差异。左图中的
18、任务框与机器人基座位于同一位置。右图则已将任务框移动至另一位置处。图2-6基座与任务框之间的差异RS-WCS大地坐标系BF机器人基座TCP工具中心点P机器人目标TF任务框Wobj工件坐标图2-7所示说明了如何将RobotStudio中的工作框映射到现实中的机器人控制器坐标系,如映射到车间中。图2-7映射真实机器人控制器坐标系RS-WCS大地坐标系RC-WCS机器人控制器中定义的大地坐标系BF机器人基座TCP工具中心点P机器人目标TF任务框Wobj工件坐标3)工件坐标系:通常表示实际工件。它由两个坐标系组成:用户框架和对象框架,其中,后者是前者的子框架。对机器人进行编程时,所有目标点(位置)都与
19、工作对象的对象框架相关。如果未指定其他工作对象,目标点将与默认的Wobj0 关联,Wobj0始终与机器人的基座保持一致。3.具有多个机器人系统的工作站对于单机器人系统,RobotStudio的工作框与机器人控制器大地坐标系相对应。如果工作站中有多个控制器,则任务框允许所连接的机器人在不同的坐标系中工作,即可以通过为每个机器人定义不同的工作框,从而使这些机器人的位置彼此独立,如图2-8所示。图2-8多机器人多坐标系RS-WCS大地坐标系TCP(R1)机器人1的工具中心点TCP(R2)机器人2的工具中心点BF(R1)机器人系统1的基座BF(R2)机器人系统2的基座P1机器人目标1P2机器人目标2T
20、F1机器人系统1的任务框TF2机器人系统2的任务框Wobj工件坐标(1)MultiMove Coordinated系统(见图2-9)MultiMove功能可帮助用户创建并优化MultiMove系统的程序,使一个机器人或定位器夹持住工件,由其他机器人对其进行操作。当对机器人系统使用RobotWare选项MultiMove Coordinated时,这些机器人必须在同一坐标系中工作。同样地,RobotStudio禁止隔离控制器的工作框。图2-9多机器人MultiMove Coordinated系统RS-WCS大地坐标系TCR(R1)机器人1的工具中心点TCP(R2)机器人2的工具中心点BF(R1)
21、机器人1的基座BF(R2)机器人2的基座BF(R3)机器人3的基座P1机器人目标1TF任务框Wobj工件坐标(2)MultiMove Independent系统(见图2-10)对机器人系统使用RobotWare选项MultiMove Independent时,多个机器人可在一个控制器的控制下同时进行独立的操作。即使只有一个机器人控制器大地坐标系,机器人通常在单独的多个坐标系中工作。要在RobotStudio中实现此设置,必须将机器人的任务框隔离开来且彼此独立定位。图2-10多机器人MultiMove Independent系统RS-WCS大地坐标系TCP(R1)机器人1的工具中心点TCP(R2
22、)机器人2的工具中心点BF(R1)机器人1的基座BF(R2)机器人2的基座P1机器人目标1P2机器人目标2TF1任务框TF2任务框Wobj工件坐标 1.轴配置目标点定义并存储为WorkObject坐标系内的坐标。控制器计算出当机器人到达目标点时轴的位置,它一般会找到多个配置机器人轴的解决方案,如图2-11所示。为了区分不同配置,所有目标点都有一个配置值,用于指定每个轴所在的四元数。图2-11多个配置机器人轴解决方案凡是通过指定或计算位置和方位创建的目标,都会获得一个默认的配置值(0,0,0.0),该值可能对机器人到达目标点无效。2.轴配置的常见问题在多数情况下,如果创建目标点使用的方法不是微动
23、控制,则无法获得这些目标的默认配置。即便路径中的所有目标都已验证配置,如果机器人无法在设定的配置之间移动,则运行该路径时可能也会遇到问题。如果轴在线性移动期间移位幅度超过90,则可能会出现这种情况。在目标点中存储轴配置,对于那些将机器人微动调整到所需位置之后示教的目标点,所使用的配置值将存储在目标中。重新定位的目标点会保留其配置,但是这些配置不再经过验证。因此,移动到目标点时,可能会出现上述问题。3.配置问题的常用解决方案要解决上述问题,可以为每个目标点指定一个有效配置,并确定机器人可沿各个路径移动。此外,可以关闭配置监控,也就是忽略存储的配置,使机器人在运行时找到有效配置。如果操作不当,则可
24、能无法获得预期结果。在某些情况下,可能不存在有效配置。为此,可行的解决方案是重新定位工件,重新定位目标点(如果过程接受),或者添加外轴以移动工件或机器人,从而提高可到达性。4.如何表示配置机器人的轴配置使用4个整数系列表示,用来指定整转式有效轴所在的象限。象限的编号从0 开始为正旋转(逆时针),从-1开始为负旋转(顺时针)。对于线性轴,整数可以指定距轴所在的中心位置的范围(以米为单位)。六轴工业机器人的配置(如IRB 140)0-1 2 1如下所示:第一个整数(0)指定轴1的位置:位于第一个正象限内(介于090的旋转)。第二个整数(-1)指定轴4的位置:位于第一个负象限内(介于0-90的旋转)
25、。第三个整数(2)指定轴6的位置:位于第三个正象限内(介于180270的旋转)。第四个整数(1)指定轴x的位置:这是用于指定与其他轴关联的手腕中心的虚拟轴。5.配置监控执行机器人程序时,可以选择是否监控配置值。如果关闭配置监控,将忽略使用目标点存储的配置值,机器人将使用最接近其当前配置的配置值移动到目标点。如果打开配置监控,则只使用指定的配置值伸展到目标点。用户可以分别关闭或打开关节和线性移动的配置监控,并由ConfJ和ConfL动作指令控制。(1)关闭配置监控如果在不使用配置监控的情况下运行程序,每执行一个周期时,得到的配置可能会有所不同:机器人在完成一个周期后返回起始位置时,可以选择与原始
26、配置不同的配置。对于使用线性移动指令的程序,可能会出现这种情况:机器人逐步接近关节限值,但是最终无法伸展到目标点。对于使用关节移动指令的程序,可能会导致完全无法预测的移动。(2)打开配置监控如果在使用配置监控的情况下运行程序,会强制机器人使用目标点中存储的配置。这样,循环和运动便可以预测。但是,在某些情况下,如机器人从未知位置移动到目标点时,如果使用配置监控,则可能会限制机器人的可到达性。离线编程时,如果程序要使用配置监控执行,则必须为每个目标指定一个配置值。任务三 示教器基本操作本任务从最基本的示教器操作开始,学习ABB机器人的基本操作。图3-1所示是一个最小化工业机器人系统。读者可利用该工
27、业机器人系统进行示教器的基本操作仿真练习。解压工作站打包文件“operation.rspag”,如图3-2所示,工作站解包流程如图3-3所示,完成后单击“完成”按钮即可。图3-1最小化工业机器人系统图3-2工作站打包文件图3-3工作站解包流程 示教器是进行机器人的手动操作、程序编写、参数配置以及监控的手持装置,也是使用者最常打交道的控制装置。正确手持示教器的方法如图3-4所示。图3-4手持示教器方法 图3-5电源开关1.机器人上电操作首次上电,确认输入电压正常后,将控制柜上如图3-5所示的电源开关拨到“ON”状态,机器人上电,系统开始启动。启动完成后,示教器上出现如图2-5所示的初始界面。在R
28、obotStudio软件中,无须上电操作,只需在解压好的工作站文件中,依次选择“控制器”“虚拟示教器”选项,过程如图3-6所示,即可打开示教器初始界面。图3-6打开虚拟示教器过程图3-7工作方式切换2.机器人工作方式切换机器人有“手动”和“自动”两种工作方式可切换,在真实操作中,旋转控制器上的工作方式选择钥匙。仿真操作中,单击操纵杆左侧的“方式”按钮(见图3-7),在弹出的界面中选择“手动”或“自动”模式,在ABB左上侧的状态栏中也可以观察示教器处于“Auto”自动状态还是“Manual”手动状态(见图3-8)。图3-8工作状态显示a)自动状态b)手动状态3.语言设定在“operation.r
29、spag”这一文件中,示教器的语言是English,下面将以设定示教器的语言为例说明示教器的最简单操作。单击主菜单界面中的控制面板“Control Pannel”,单击图3-9中的“Language”选项,弹出如图3-10所示的对话框,则说明机器人控制器处于自动模式“Auto”,需要切回手动模式。图3-9控制面板界面图3-10提示对话框切回手动模式后,再次重新操作单击“Language”选项,从图3-11所示的界面中选择“Chinese”选项。单击“OK”后,重新启动示教器,系统将变为中文显示。4.示教器手动操纵机器人操作有三种方式单轴、直线和重定位。(1)单轴运动从主界面进入后,单击“手动操
30、纵”,进入如图3-12所示的界面。在“操纵杆方向”区域内,可以看到操纵杆方向与所控制的1、2、3轴的对应关系,此状态下,通过操作控制杆可控制1、2、3单轴转动。单击,“操纵杆方向”区域内切换为4、5、6单轴的操作,如图3-13所示。通过操纵16轴可将机器人移动到P0点(见图3-14)。(2)直线运动从P0点移动到P1点,如果采用单轴控制方式则比较复杂。由于P0和P1点的Z轴坐标相同,因此通过直线操作机器人,便可使机器人快速移动到P1点。单击,“操纵杆方向”区域内切换成X、Y、Z方向,并看到示教器右下方的快速设置区域的坐标形式为直角坐标,如图3-15所示,此时切换为直线运动方式。此状态下,操作操
31、纵杆,机器人6个轴联动,可沿X、Y、Z方向直线移动。通过操作操纵杆将机器人快速移至P1点(见图3-16)。图3-11语言选择界面图3-12手动操纵界面图3-13操纵杆方向操作切换图3-14P0点图3-15直线运动状态图3-16P1点图3-17P2、P3、P4点a)P2点b)P3点c)P4点采用相同的方法将机器人移动至P2、P3、P4点,如图3-17所示。单击,“操纵杆方向”区域内切换成X、Y、Z方向,并看到示教器右下方的快速设置区域为圆形,即切换为重定位运动,如图3-18所示。此状态下,操作操纵杆,机器人第六轴法兰盘上的工具TCP点在空间中即绕着坐标轴旋转。(3)重定位运动重定位运动是指机器人
32、第六轴法兰盘上的工具TCP点在空间中绕着坐标轴旋转的运动,也可以理解为机器人绕着工具TCP点做姿态调整的运动。图3-18重定位运动状态任务四 RobotStudio软件的基本使用方法RobotStudio软件是ABB公司专门开发的工业机器人离线编程软件。RobotStudio软件代表了目前最新的工业机器人离线编程水平,它以操作简单、界面友好和功能强大而得到广大机器人工程师的一致好评。RobotStudio软件功能强大,可用于ABB机器人单元的建模、离线创建和仿真。安装6.01.01版RobotStudio软件如图4-1所示,单击“下一步”按钮,直接进行安装。同时,软件会自动安装6.01版本的R
33、obotWare套件,它是功能强大的控制器套装软件,用于控制机器人和外围设备。安装完成后,RobotStudio软件需要授权许可证激活,如果没有ABB公司授权,则只能使用30天,30天后软件中的部分功能将被限制使用,如无法进行建模等。图4-1RobotStudio安装界面RobotStudio软件允许使用离线控制器,即在个人计算机上本地运行的虚拟IRC 5控制器。这种离线控制器也被称为虚拟控制器(VC)。RobotStu-dio还允许使用真实的物理IRC 5控制器(简称为“真实控制器”)。当RobotStudio随真实控制器一起使用时,我们称它处于在线模式。当在未连接到真实控制器或在连接到虚拟
34、控制器的情况下使用时,我们说RobotStudio处于离线模式。软件操作的鼠标基本操作见表4-1所示。表4-1鼠标基本操作软件操作的快捷键基本操作见表4-2。表4-2快捷键基本操作 自己动手搭建任务三中图3-1所示的最小化工业机器人系统,系统包含一台IRB 120工业机器人、工具、工件以及控制器,创建过程如下。1)双击,打开RobotStudio软件,如图4-2所示。图4-2RobotStudio软件初始界面2)选择创建空工作站。选择“文件”选项卡下的“新建”“空工作站”选项,单击右侧的“创建”按钮创建一个空工作站,进入如图4-3所示的界面。图4-3空工作站界面3)导入ABB工业机器人到工作站
35、。单击“基本”选项卡中的,进入如图4-4 所示的“ABB模型库”,选中IRB 120型工业机器人,则在工作站中出现了图4-5所示的ABB IRB 120机器人模型。图4-4ABB模型库图4-5添加后ABB IRB 120机器人模型4)为工业机器人添加工具和工件。采用与导入工业机器人相同的方法,为系统添加工具和工件,如图4-6所示。在“基本”选项卡中选择“导入模型库”“设备”“Training Objects”中的“My Tool”和“Curve Thing”。图4-6导入模型库5)将MyTool安装到机器人上。添加完成后在图4-7所示的工具栏左侧的“布局”选项卡中生成工作站及工具,右键单击“M
36、y Tool”,在图4-8中找到“安装到”选项,把工具安装到指定的工作站机器人上,弹出如图4-9所示的“更新位置”对话框,单击“是”按钮。图4-7布局界面图4-8将工具安装到指定机器人上6)设置Curve-thing的位置。右键单击“Curve-thing”,选择设定位置,在图4-10所示的对话框中设置其合适位置。至此,一个最小化工业机器人系统硬件搭建完成,如图4-11所示。图4-9“更新位置”对话框图4-10选择坐标7)创建控制系统部分。单击“机器人系统”下拉按钮,选择“从布局”选项,创建控制系统,如图4-12所示。进入创建界面,如图4-13所示,可以修改系统名称、设定保存位置,如果安装了多
37、个RobotWare版本,则需选择RobotWare版本。单击“下一个”按钮,选择已建工作站的机器人机械装置作为系统的一部分,如图4-14所示,再单击“下一个”按钮,弹出如图4-15所示的系统选项。图4-11硬件系统搭建完成图4-12从布局创建系统图4-13进入创建界面图4-14选择机械装置图4-15系统选项8)单击“选项”按钮,打开“更改选项”窗口,在“Default Language”选项下选择“Chinese”(中文)作为默认语言,如图4-16所示,在“Industrial Networks”选项下选择“709-1 DeviceNet Master/Slave”作为工业网络,如图4-17
38、所示。图4-16默认语言设置图4-17修改总线选项选择完成后,单击“关闭”按钮,返回图4-15所示的界面,单击“完成”按钮后,控制系统创建完成。至此,整个仿真机器人系统创建完成。在“文件”选项卡中,选择保存工作站,将创建的工作站保存为“operation.rsstn”文件。如果想与他人分享,可将工作站、控制系统等文件打包,方法为选择“文件”“共享”“打包”选项,在“打包”对话框中,选择保存位置,如图4-18所示,打包文件格式为“rspag”。图4-18工作站打包 程序数据是在程序模块或系统模块中设定的值和定义的一些环境数据。创建的程序数据由同一个模块或其他模块中的指令进行引用。图4-19所示为
39、常用的机器人关节运动的指令调用的四种类型的程序数据。程序数据的建立一般可以分为两种形式,一种是直接在示教器的程序数据画面中建立;另一种是在建立程序指令时,同时自动生成对应的程序数据。图4-19指令格式及数据类型1.新建程序数据下面以建立robtarget类型的名为“p0”的程序数据为例,目标点位置如图4-20所示,说明程序数据的建立过程。图4-20p0位置目标点打开工作站文件“operation.rsstn”,打开虚拟示教器,进入主界面,如图4-21所示,单击“程序数据”,出现如图4-22所示的“程序数据-已用数据类型”对话框,该对话框中可能没有“robtarget”类型的数据(如该类型数据还
40、未创建过),此时单击右下角的“视图”按钮,出现如图4-23所示的下拉菜单,选择“全部数据类型”选项,在图4-24所示的“程序数据-全部数据类型”对话框中找到并选中robtarget数据类型,单击“显示数据”,出现如图4-25所示的robtarget数据对话框,单击“新建”按钮,弹出如图4-26所示的“新数据声明”对话框,设置“名称”“范围”“存储类型”“任务”“模块”“例行程序”“维数”等参数,将名称修改为“p0”。图4-21主界面图4-22已有数据类型图4-23“视图”下拉菜单图4-24全部数据类型图4-25robtarget数据对括框图4-26新数据声明对话框单击“确定”按钮后,一个rob
41、target类型的名为“p0”的程序数据新建完成,如图4-27所示。图4-27p0数据新建完成图4-28修改位置通过运用任务三中介绍的单轴运动操作方法,将机器人移动至p0点后,单击下方的“编辑”按钮,在下拉菜单中选择“修改位置”选项,如图4-28所示,当前机器人位置就被记忆为p0,这样p0点即示教完成。以同样的方法可完成新建并示教任务三中图3-16和图3-17所示的P1、P2、P3、P4点,建立完成后的打包文件为“operation_p.rspag”。其他程序数据的新建和查阅方法如上,在建立一些数据时可能需要人工设定参数,在此不重复列举了。ABB机器人的程序数据有98个,并且可以根据实际情况进
42、行程序数据的创建,为ABB机器人的程序设计带来无限的可能。在图4-24所示的“程序数据-全部数据类型”对话框中可查看和创建所需的程序数据。根据不同的数据用途,定义了不同的程序数据,表4-3所示是部分程序数据的说明。表4-3机器人系统常用的程序数据上述定义数据时,可以理解为定义变量数据的初始值。在机器人执行的RAPID程序中也可以对变量存储类型程序数据进行赋值的操作。在程序中执行变量型程序数据的赋值,在指针复位后将恢复为初始值。(2)可变量PERS可变量的最大特点是,无论程序的指针如何,都会保持最后赋予的值。举例说明:在程序执行以后,赋值的结果会一直保持,直到对其进行重新赋值。在机器人执行的RA
43、PID程序中也可以对可变量存储类型程序数据进行赋值的操作。常量的特点是在定义时已赋予了数值,且不能在程序中修改,除非手动修改。举例说明:存储类型为常量的程序数据,不允许在程序中进行赋值操作。(3)常量CONST在进行正式的编程之前,就需要构建起必要的编程环境,其中有三个必需的程序数据(即工具数据tooldata、工件坐标wobjdata、负荷数据loaddata)就需要在编程前进行定义。下面介绍这三个程序数据的设定方法。(1)工具数据tooldata的设定工具数据tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具TCP、质量、重心等参数数据。一般不同的机器人应用配置不同的工具,如弧焊的机器人就
44、使用弧焊枪作为工具,而用于搬运板材的机器人就会使用吸盘式的夹具作为工具。3.关键程序数据的设定默认工具(tool0)的工具中心点(Tool Center Point)位于机器人安装法兰的中心,如图4-29中的A点就是原始的TCP点。工具是独立于机器人的,由应用来确定。有了工具的中心,在实际应用中示教就会方便很多。读者可以以TCP为原点建立一个空间直角坐标系。图4-29工具中心点TCPTCP取点数量有三种方法:四点法,不改变tool0的坐标方向;五点法,改变tool0的Z方向;六点法,改变tool0的X和Z方向(在焊接应用中较为常用)。前三个点的姿态相差尽量大些,这样有利于TCP精度的提高。TC
45、P设定原理如下:1)在机器人工作范围内找一个非常精确的固定点作为参考点。2)在工具上确定一个参考点(最好是工具的作用点)。4)机器人通过这四个位置点的位置数据计算求得TCP的数据,然后TCP的数据就保存在tooldata这个程序数据中,被程序调用。下面利用工作站文件“operation.rsstn”介绍建立一个新的工具数据tool1的操作方法,“operation_1.rspag”是建立了工具坐标后的工作站文件。3)用之前介绍的手动操作机器人的方法,移动工具上的参考点,以4种以上不同的机器人姿态尽可能地与固定点刚好碰上。为了获得更准确的TCP,在以下的例子中使用六点法进行操作,第四点是用工具的
46、参考点垂直于固定点,第五点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的X方向移动,第六点是工具参考点从固定点向设定为TCP的Z方向移动。打开虚拟示教器后,设置手动方式,进入主界面,选择“手动操纵”,如图4-30所示,选择“工具坐标”,进入后单击“新建”生成tool1,进入如图4-31所示的设定对话框,对工具数据属性进行设定后,单击“确定”。图4-30手动操纵界面图4-31新建工具数据选中图4-32中新建的tool1后,单击“编辑”下拉按钮,在下拉菜单中选择“定义”选项,在图4-33所示的坐标定义对话框中,选择坐标定义方法,在“方法”下拉列表框中。图4-32工具坐标定义图4-33坐标定义方法选择选择
47、“TCP和Z,X”选项,使用六点法设定TCP。选择工作站中的一个固定点,本例以图4-34中工件上的顶点A为固定点。选择合适的手动操纵模式,按下使能键,使用摇杆使工具参考点靠上固定点,作为第一点,然后单击“修改位置”,将点1位置记录下来。图4-34工具坐标点1的设置下面可以左右改变姿态,再分别靠上固定点,确定后单击“修改位置”,将点2、点3位置记录下来,如图4-35所示。图4-35工具坐标点2和点3的设置而点4的位置必须将工具参考点垂直靠上固定点,再把点4位置记录下来,如图4-36所示。工具参考点以点4的垂直姿态从固定点移动到工具TCP的+X方向,单击“修改位置”将延伸器点x位置记录下来,如图4
48、-37所示。再将工具参考点以点4垂直姿态从固定点移动到工具TCP的+Z方向,单击“修改位置”将延伸器点z位置记录下来,如图4-38所示。图4-36点4图4-37点x图4-38点z六个点设定完成并确认后,会弹出计算窗口,对误差进行确认,当然是误差越小越好,但也要以实际验证效果为准。返回工具坐标界面,选中新建的tool1,然后在“编辑”下拉菜单中选择“更改值”选项,在此界面中显示的内容都是TCP定义生成的数据,根据实际情况设定工具的质量“mass”(单位为kg,见图4-39)和中心位置数据(此重心是基于tool0的偏移值,单位为mm),然后单击“确定”。使用摇杆将工具参考点靠上固定点,然后在重定位
49、模式下手动操纵机器人,如果TCP设定精确,则可以看到工具参考点与固定点始终保持接触,而机器人会根据重定位操作改变姿态。(2)工件坐标wobjdata的设定工件坐标对应工件,它定义工件相对于大地坐标(或其他坐标)的位置。机器人可以拥有若干工件坐标系,或者表示不同工件,或者表示同一工件在不同位置的若干副本。对机器人进行编程时就是在工件坐标中创建目标和路径,这带来很多优点:1)重新定位工作站中的工件时,只需要更改工件坐标的位置,所有路径将即刻随之更新。2)允许操作以外轴或传送导轨移动的工件,因为整个工件可连同其路径一起移动。设立如图4-40所示的工件坐标,过程如下:1)打开虚拟示教器后,设置手动方式
50、,进入手动操纵界面,选择“工件坐标”,进入后单击“新建”,进入“新数据声明”对话框,对工件数据属性进行设定(工件坐标名默认为wobj1),如图4-41所示,单击“确定”,即完成工件坐标的新建。图4-39质量设定图4-40工件坐标图4-41工件坐标声明图4-42工件坐标对话框2)在“手动操纵-工件”对话框中,选中“wobj1”工件坐标,单击“编辑”下拉按钮,在下拉菜单中选择“定义”选项,如图4-42所示。进入如图4-43所示的工件坐标定义对话框,在“用户方法”下拉列表框中选择“3点”选项,然后手动操作机器人依次移至图4-44所示的X1、X2、Y1三个位置,每移动到一个位置后,在图4-43中单击“
