项目三 ABB机器人RAPID程序编调

1、项目三 ABB机器人RAPID程序编调学习目标熟悉工业机器人的编程方法；掌握工件坐标和工具坐标的设置方法；掌握RAPID程序指令的应用和编程方法；掌握RAPID程序调试方法。知识链接一、编程的定义机器人编程是指为了使机器人完成某项作业而进行的程序设计。早期的机器人只具有简单的动作功能，采用固定的程序进行控制，动作适应性较差。随着机器人技术的发展及对机器人功能要求的提高，需要一台机器人通过相应的程序完成各种工作，并具有较好的通用性。二、机器人编程方法 目前，应用于机器人的编程方法主要有三种。1、示教编程 示教编程是一项成熟的技术，它是目前大多数工业机器人的编程方式。采用这种方法时，程序编制是在机

2、器人现场进行的。示教编程是目前广泛使用的一种示教编程方式。2、机器人语言编程 机器人语言编程是指采用专用的机器人语言来描述机器人的运动轨迹。 目前应用于工业中的机器人语言是动作级和对象级语言。3、离线编程 离线编程是在专门的软件环境下，用专用或通用程序在离线情况下进行机器人轨迹规划编程的一种方法。 离线编程程序通过支持软件的解释或编译产生目标程序代码，最后生成机器人路径规划数据。一些离线编程系统带有仿真功能，可以在不接触实际机器人机器工作环境的情况下，在三维软件中提供一个和机器人进行交互作用的虚拟环境。4.示教编程与离线编程的区别（1）主要区别如表3-1所示表 3-1示教编程与离线编程的区别示

3、教编程离线编程需要实际机器人系统和工作环境需要机器人系统和工作环境的图形模型编程时机器人停止工作编程时不影响机器人工作在实际系统上试验程序通过仿真试验程序编程的质量取决于编程者的经验可用CAD方法进行最佳轨迹规划难以实现复杂的机器人运行轨迹可实现复杂运行轨迹的编程（2）与在线示教编程相比，离线编程具有如下优点： 1) 减少机器人不工作时间。当对机器人下一个任务进行编程时，机器人仍可在生产线上工作，变成不占用机器人的工作时间。2) 使编程者远离危险的编程环境。3) 使用范围广。 离线编程系统可对机器人的各种工作对象进行编程。4) 便于和CAD/CAM系统结合，做CAD/CAM/Robotics一

4、体化。5) 可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程。6) 便于修改机器人程序。三、机器人离线编程系统的组成离线编程系统是当前机器人实际应用的一个必要手段，也是开发和研究任务级规划方式的有力工具。 离线编程系统主要由用户接口、机器人系统三维几何构型，运动学计算、轨迹规划、三维图形动态仿真、通信接口和误差校正等部分组成。其相互关系如图3-1所示。图3-1 机器人离线编程系统组成1、用户接口工业机器人一般提供两个用户接口，一个用于示教编程，另一个用于语言编程。 示教编程可以用示教器直接编制机器人程序。语言编程则是用机器人语言编制程序，使机器人完成给定的任务。2、机器人系统的三维几何构型离线编程系

5、统中的一个基本功能是利用图形描述对机器人和工作单元进行仿真，这就要求对工作单元中的机器人所有的卡具、零件和刀具等进行三维实体几何构型。 目前用于机器人系统三维几何构型的主要有以下三种方法：结构的立体几何表示、扫描变换表示、边界表示。3、运动学计算 运动学计算就是利用运动学方法在给出机器人运动参数和关节变量的情况下，计算出机器人的末端位姿；或者是在给定末端位姿的情况下计算出机器人的关节变量值。 4、轨迹规划 在离线编程系统中，除需要对机器人的静态位置进行运动学计算之外，还需要对机器人的空间运动轨迹进行仿真。5、三维图形动态仿真机器人动态仿真是离线编程系统的重要组成部分，它能逼真地模拟机器人的实际

6、工作过程，为编程者提供直观的可视图形，进而可以检验编程的正确性和合理性。 6、通信接口 在离线编程系统中，通信接口起着连接软件系统和机器人控制柜的桥梁作用。 7、误差校正 离线编程系统中的仿真模型和实际的机器人模型之间存在误差。产生误差的原因主要是由于机器人本身结构上的误差、工作空间内难以准确确定物体（机器人、工件等）的相对位置和离线编程系统的数字精度等。 四、安装工业机器人仿真软件 RobotStudio1、下载 RobotStudio（1）请登录网址： 进入如下页面如图3-2所示图 3-2登录下载网址图 3-3进入下载页面（1）如图3-4所示，示教器是进行机器人的手动操作、程序编写、参数配

7、置以及监控用得手持装置，也是我们最常打交道的控制装置。下载完成后根据安装向导安装软件，这里就不再赘述了。A-连接电缆 B-触摸屏 C-急停开关 D-手动操作摇杆 E-USB接口 F-使能器按钮G-触摸屏用笔 H-示教器复位按钮 图3-4 示教器部件功能设定示教器的显示语言 示教器出厂时，默认的显示语言是英语，为了操作方便，下面介绍把显示语言设定为中文的步骤。五、 搭建最小系统步骤桌面双击，打开RobotStudio软件，如图3-5所示。图3-5 RobotStudio软件登入界面 2、选择创建空工作站选择“新建”中“空工作站”，点击右侧“创建”空工作站，进入图3-6界面。图3-6 空工作站界面

8、3、导入ABB工业机器人到工作站单击“基本”菜单栏中的，进入“ABB模型库”（图3-7），选中IRB120型工业机器人。则在工作站中出现了ABB IRB120机器人模型（图3-8）。图3-7 ABB模型库 图3-8 添加后ABB IRB120机器人模型4、为工业机器人添加工装和工件采用与导入工业机器人相同方法，为系统添加工装和工件（图3-9）。单击“基本”菜单栏中选择“导入模型库”“设备”“training object”中的“my tool”和“curving thing”；图3-9 导入模型库5、将MyTool安装到机器人上添加完成后在工具栏左侧的“布局”中生成工作站及工具（图3-10），

9、右击“My tool”下拉中“安装到”，把工具安装到指定的工作站机器人上（图3-11），跳出是否更新对象的位置My tool，点击“是”完成。6、设置Curving thing的位置鼠标右键单击“Curving thing”，选择设定位置（图 3-12），在弹出的对话框中设置其合适位置。至此一个最简单的工业机器人系统建立完成，如图3-13所示。图3-12 选择坐标 图3-13 构建系统完成7、创建控制系统部分进入工具栏“机器人系统”，选择“从布局”创建控制系统（图3-14）。进入创建界面，可以修改系统名称、保存位置、RobotWare版本等（图3-15）。图3-14 从布局创建系统 图3-15

10、 进入创建系统 点击“下一步”，选择已建工作站的机器人机械装置作为系统的一部分（图3-16），在点击“下一步”显示系统选项（图3-17）。图3-16 选择机械装置 图3-17 系统选项点击“选项”进入修改选项界面，选择“Second Language”（图3-18）、“Hardware”中“709-1 Master/Slsve” （图3-19）和“840-2 Profibus Fieldbus Adapter”（图3-20）。 最后，单击“确定”后完成控制系统设置。六、RAPID程序指令介绍ABB机器人的应用程序是使用称为RAPID编程语言的特定词汇和语法编写而成的。RAPID程序中包含了控制

11、机器人的指令，执行这些指令可以移动机器人、设置输出、读取输入，还能实现决策、重复其它指令、构造程序、与系统操作员交流实现对机器人的控制操作。 六、RAPID程序指令介绍（一）程序的基本构架RAPID程序的基本构架如表3-2。表3-2 RAPID程序的基本构架RAPID程序程序模块1 程序模块2 程序模块3 系统模块 程序数据 程序数据 程序数据 程序数据 主程序 main 例行程序 例行程序 例行程序例行程序 中断程序 中断程序 中断程序中断程序 功能 功能 功能功能RAPID程序是由程序模块与系统模块组成。一般来说，只通过新建程序模块来构建机器人的程序，而系统模块多用于系统方面的控制。可以根

12、据不同的用途创建多个程序模块，如专门用于主控制的程序模块，用于位置计算的程序模块，用于存放数据的程序模块，这样便于归类管理不同用途的例行程序与数据。每个程序模块包含了程序数据，例行程序、中断程序和功能四种对象，但不一定在一个模块中都有这四种对象，程序模块之间的数据、例行程序、中断程序和功能是可以互相调用的。在RAPID程序中，只有一个主程序main，并且存在于任意一个程序模块中，并且是作为整个RAPID程序执行的起点。（二）RAPID程序基本指令1、RAPID程序中的赋值指令。“：=”，用于对程序数据进行赋值。赋值可以是一个常量或数学表达式。例如：在程序中给常量赋值：reg1：=3；数学表达式

13、赋值：reg2：=reg1+5；操作方法如图3-21至3-37 所示。图3-21单击“添加指令”打开指令列表图3-22单击“：=”，进入赋值界面图3-23单击“更改数据类型”，选中“num”，单击确定图3-24选中“reg1”，单击确定图3-25高亮选中“”，单击“编辑”菜单，单击“仅限选定内容”图3-26用软键盘输入“3”，然后单击“确定”图3-27单击“确定” 图3-28 在程序中显示“reg1：=3”图3-29再选择“：=”，选中“reg2”图3-30 高亮选中图3-31单击“reg1”图3-32单击“+”图3-33 显示reg2：=reg1+图3-34 把改成5图3-35 显示reg2

14、：=reg1+5图3-36单击“下方”图3-37 赋值语句完成2、 RAPID程序中的运动指令 （1）绝对位置运动指令 MoveAbsJ绝对位置运动指令MoveAbsJ是机器人的运动使用六个轴和外轴的角度值来定义目标位置数据。这个指令常用于机器人六个轴回到机械零点的位置。在添加或修改机器人运动指令之前，一定要确认所使用工具的工件坐标和工件坐标。添加指令后如图3-38所示。语句中 * 的含义是目标点位置数据。语句中 NoEoffs 的含义是外轴不带偏移数据。语句中 V1000 的含义是运动速度数据为1000mm/s。语句中 z50 的含义是转弯区的数据。语句中 tool0 的含义是工具坐标数据。

15、语句中 wobj0 的含义是工件坐标数据。图3-38绝对位置运动指令 MoveAbsJ （2）关节运动指令MoveJ关节运动指令是在对路径精度要求不高的情况下，机器人的工具中心点TCP从一个位置移动到另一个位置，两个位置之间的路径不一定是直线。添加指令如图3-39所示。 图3-39 关节运动指令MoveJ语句中 p10、p20是指目标位置点数据。语句中 v1000 是指运动速度数据。关节运动指令适合机器人大范围运动时使用，不容易在运动过程中出现关节轴进入机械死点的问题。（3）线性运动指令MoveL线性运动指令MoveL是机器人的TCP从起点到终点之间的路径始终保持为直线。一般用在焊接、涂胶等应

16、用对路径要求较高的操作场合。指令调用如图3-40所示。图3-40 线性运动指令MoveL（3）圆弧运动指令MoveC圆弧路径是在机器人可以到达的空间范围内定义三个位置点，第一个点是圆弧起点，第二个点用于圆弧的曲率，第三个点是圆弧的终点。程序调用如图3-41图3-41 圆弧运动指令MoveC图3-41中p40是圆弧的第一个点，p50是圆弧的第二个点，p60是圆弧的第三个点。（4）几种语句的含义1）语句 MoveL p40，v1000，z50，tool1wobj：=wobj1；的意义为：机器人的TCP从当前的位置向p40点以线性运动的方式前进，速度是1000mm/s，转弯数据为50mm，距离p40

17、点还有50mm的时候开始转弯，使用的工具数据是tool1，工件数据是wobj1。2） 语句 MoveL p50，v100，fine，tool1wobj：=wobj1；的意义为：机器人的TCP从点p40向点p50 以线性运动方式前进，速度为100mm/s，转弯数据是fine，机器人在p50点稍作停顿，使用的工具数据是tool1，工件数据是wobj1。3） 语句 MoveJ p60，v300，fine，tool1wobj：=wobj1；的意义为：机器人的TCP从点p50向点p60 以关节运动方式前进，速度为300mm/s，转弯数据是fine，机器人在p60点停止，使用的工具数据是tool1，工件数

18、据是wobj1。3、 I/O控制指令I/O控制指令用于控制I/O信号，以便与机器人周边设备进行通信。数字信号置位指令 Set ，用于将数字输出（Digital Output）置位为“1”。数字信号复位指令Reset，用于将数字输出（Digital Output）复位为“0”。注意：如果在Set 和 Reset指令前有运动指令MoveL、 MoveJ 、MoveC、MoveAbsj的转弯区数据，必须使用fine才可以准确地输出I/O信号状态的变化。数字输入信号判断指令WaitDI，用于判断数字输入信号的值是否与目标一致。数字输出信号判断指令WaitDO，用于判断数字输出信号的值是否与目标一致。信

19、号判断指令WaitUntil，可用于布尔量、数字量和I/O信号值的判断，如果条件到达指令中的设定值，程序继续往下执行，否则就一直等待，除非设定了最大等待时间。4、 条件逻辑判断指令条件逻辑判断指令用于对条件进行判断后，执行相应的操作，是RAPID中重要的组成部分。（1）紧凑型条件判断指令 Compact IF，用于当一个条件满足了以后，就执行一句指令。（2）条件判断指令 IF，用于根据不同的条件去执行不同的指令。（3）重复执行判断指令 FOR，用于一个或多个指令需要重复执行数次的情况。（4）条件判断指令 WHILE，用于在给定条件满足的情况下，一直重复执行对应的指令。5、其它常用指令（1）例行

20、程序调用指令 ProcCall ，用于在指定位置调用例行程序。返回例行程序指令 RETURN，当执行此指令时，马上结束本例行程序的执行，返回程序指针到调用此例行程序的位置。（2）时间等待指令 WaitTime ，用于程序在等待一个指定的时间以后，再继续向下执行。七、离线轨迹编程的注意事项在离线轨迹编程中，最为关键的三步是图形曲线、目标点调整、轴配置调整。1.图形曲线（1）生成曲线，可以用“先创建曲线再生成轨迹”的方法，还可以直接去捕捉3D模型的边缘进行轨迹创建。在创建自动路径时，可直接用鼠标去捕捉边缘，从而生成机器人运动轨迹。（2）对于一些复杂的3D模型，导入RobotStudio中后，模型的

21、某些特征可能会出现丢失，此外，RobotStudio专注于机器人运动，只提供基本的建模功能，所以在导入3D模型之前，建议在专业的制图软件中进行处理。在生成轨迹时，需要根据实际情况，选取合适的近似值参数并调整参数值的大小。2、目标点调整目标点的调整方法有很多种，单一使用一种调整方法难以将目标点一次调整到位，尤其是对工具姿态要求较高的工艺需求场合中，通常是运用多种方法进行多次调整。建议在调整过程中先对单一目标点进行调整，反复尝试调整完成后，其它目标点某些属性可以参考调整好的第一个目标点进行对准。3、轴配置的调整轴配置的调整在为目标点配置轴配置过程中，若轨迹较长，可能会遇到相邻两个目标点之间轴配置变

22、化过大，从而在轨迹运行过程中出现“机器人当前位置无法跳转到目标点位置，请检查轴配置”等问题。此时，我们可以采用以下几个措施进行更改。（1）轨迹起始点尝试使用不同的轴配置参数，如有需要可勾选“包含转数”之后再选择轴配置参数。（2）尝试更改轨迹起始点位置。尝试一下SingArea、ConfL、ConfJ等指令的运用项目实践任务要求：通过折线轨迹编程与调试任务的执行，熟悉MoveJ和MoveL指令的应用。如图3-42所示，先把机器人从A点移动到B点，再从B点移动到C点，如果A到B用MoveJ指令，B到C用MoveL指令，则结果是从A到B是做的关节运动，由A直接到B的，B到C做的是线性运动，是沿着边A

23、B运动的。步骤如下。任务一 折线轨迹程序编写图3-42 要求机器人到达的三个点图3-43新建程序图3-44修改指令参数图3-45 选人p10点用相同的方法修改剩下的参数，把整个语句改为“MoveJ p10，v200，zfine，tool0；”如图3-47所示。 图3-46修改完指令参数调整机器人回机械原点，把当前点定为p10点。如图3-47所示。图3-47 机械原点位置图3-48 确定p10点为机械原点图3-49确定p10点为机械原点 继续添加指令让机器人由机械原点（p10点）运动到A点，也用关节运动指令“MoveJ”。如图3-50所示。图3-50 添加指令图3-51 语句添加成功语句修改方式

24、和p10相同。用同样的方式把p20点修改位置为A点，如图3-52所示图3-52确定p20位置图3-53 确定p30的位置图3-54 确定p40的位置图3-55 设定动作完成后回到机械原点p10图3-56 调试看看机器人运动过程运动结果会显示当机器人从A点移动到B点时，是通过关节运动完成的，由B点到C点做的线性运动，机器人是沿着BC边运动的。同学们，试试吧。任务二 圆弧轨迹的程序编写任务要求：通过圆弧轨迹编程与调试任务的执行，熟悉MoveC指令的应用。 如图3-57所示，让机器人沿着小圆柱上表面的半个边界ABC运动。程序的起始位置和结束位置定在机械原点。图3-57 让机器人沿着小圆柱表面边界运动

25、图3-58 确定起始的位置3-59确定圆弧第一点位置3-60修改好p20位置图3-61 确定圆弧第二点位置p30图3-62 在指令中修改好p30的位置图3-63 确定圆弧第三点的位置图3-64 修改好圆弧第三点p40图3-65 圆弧轨迹完成后回到机械原点任务三 工具数据 tooldata的设定任务要求：通过设定工具数据，搞清工具坐标、工件坐标的作用。能独立建立新的工具坐标。工具数据 tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数数据。首先我们介绍什么是机器人的TCP呢？TCP的全称是tool centre position，从字面意思就可以理解工具中心点。工具是独

26、立于机器人的，由应用来确定。有了工具的中心，在实际应用中就示教就会方便很多。执行程序时，机器人将TCP移至编程位置。这样，如果要改变工具及工具坐标系，机器人的移动将随之更改，以便新的TCP到达目标。所有的机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为tool0。这样就能将一个或者多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值。机器人默认工具tool0的TCP位于机器人安装法兰的中心。如图3-66所示。图3-66 默认TCP一 TCP的设定原理如下：1、首先在机器人的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（最好是工具的中心点）。3、用手动操纵机器人的方法去移动工

27、具上的参考点，以四种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点刚好碰上。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将要设定为TCP的Z方向移动。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进行调用创建一个新的工具数据的步骤如图3-673-89所示。图3-67 打开ABB菜单图3-68单击“工具坐标”图3-69 新建工具坐标图3-70 建好新工件坐标tool1图3-71 定义TCP参数图3-72

28、六点法定义TCP参数图3-73定义第一点图3-74 确定第一点位置图3-75 定义第二点图3-76 确定第二点位置图3-77定义第三点图3-78确定第三点位置图3-79 定义第四点图3-80 确定第四点位置图3-81 定义第五点图3-82 确定第五点位置图3-83 定义第六点图3-84 确定第六点位置图3-85 显示TCP误差图3-86 编辑新的TCP图3-87 修改TCP参数图3-88 新的TCP参数修改完成 图3-89 查看新的TCP使用摇杆将工具参考点靠上固定点，然后在重定位模式下手动操纵机器人，如果TCP设定精确的话，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

29、姿态。任务四 创建工业机器人的工件坐标及轨迹程序任务要求：通过创建工业机器人的工件坐标及轨迹程序，学会工件坐标的设立方法，能够独立的完成新的工件坐标的建立。一 ABB机器人工件坐标的创建搭建好机器人系统后需要在RobotStudio中对工件对象建立工件坐标。那么什么是工件坐标呢？所谓工件坐标，用一种通俗的说法就是，大家用尺子进行测量的时候，尺子上零刻度的位置作为测量对象的起点。在工业机器人中呢，在工作对象上进行运作的时候，也需要一个象尺子一样的零刻度的起点，方便进行编程和坐标的偏移。需要注意的是，设定工件坐标是进行示教的前提，所有的示教点都必须在对应的工件坐标中建立，如果在wobj0上建立示教

30、点，在机器人搬动以后必须重新示教所有的点。如果有是在对应的工件坐标上示教的话，就可以只修改一下工件坐标，而无需重教所有的点。建立工件坐标的步骤如图3- 90 3-95 图所示。首先建立一个如图3-91所示的工作站，显示机器人的3D工作区域，确定放置 的位置。 图3-90 把工件放置在机器人的工作区域内1、在“基本”菜单下的“其它”中选择“创建工件坐标”。图3-92 进入创建新工件坐标界面图3-93 采用三点法创建工件坐标图3-94单击“创建”图3-95 新工件坐标创建完成二 创建工业机器人的运动轨迹程序与真实的机器人一样，在RobotStudio中工业机器人运动轨迹也是通过RAPID程序指令进行控制的。下面讲解RobotStudio中在建好工件坐标的基础上创建机器人的运行轨迹。要求按照Curve_thing上的轮廓创建机器人运行轨迹。操作步骤如图3-963-102 所示。图3-96 创建路径图3-97 选择机器人所走路径图3-98 生成轨迹图3-99看机器人的到达能力图3-100 看是否能够到达图3-101 选择机器人运动配置参数图3-102 查看机器人运行轨迹三 再创建一个一样的轨迹，在另一个工件坐标里执行 当加工多个同样的工件，让机器人在不同的工件坐标下执行同样的指令时，只