ABB工业机器人编程与操作PPT完整全套教学课件

工业机器人及应用项目一、任务1一、机器人的一般概念1.机器人的产生机器人凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。机器人不一定类人。

☞

概念辨析：机器、机床

只是工具，不能代替人。名词的由来☞

Robot=Robota（捷克语）=奴隶、苦力。

提出：1921，捷克作家KarelČapek（卡雷尔·恰佩克）

☞

Robotics=机器人学（学科名）。

提出：1942，美国科幻小说家IsaacAsimov（艾萨克·阿西莫夫）。机器人（研发）三原则要点：

不得伤害人类；执行人的命令；能够自我保护。

最早的产品

Unimate（美国，1959年）。☞

性质：工业机器人（用于工业生产环境的机器人）。2.机器人的发展

第一代：行为需人演示、教导（示教），但能记录并复制（再现）动作。☞示教（Teach.in）机器人。

第二代：有一定传感器，能进行简单分析、推理，适当调整行为。☞感知机器人。第三代：有大量传感器，能进行复杂分析、推理，自主决定行为。☞智能机器人。☺要点：

判别机器人的标准：是否能离开人独立工作。只要能代替人的机器，都属于机器人范畴。

洗碗机、扫地机、理疗机、无人飞机、火星探测车、无人潜水器都是机器人。最早研制的机器人是工业机器人。工业机器人以第一代为主；服务机器人属于第三代。3.机器人的分类

☞按应用场合，分工业机器人、服务机器人两类；见P6图1-2-1。

工业机器人（IndustrialRobots，简称IR）

：

用于工业环境的可编程、多用途自动化设备；

作业环境、要求为已知，产品以第一代机器人居多；用来代替人工操作，保障人身安全、减轻劳动强度、提高劳动生产率。☞主要产品：

加工类：焊接、切割、抛光、研磨等粗加工。

目的：保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加工（与CNC机床不同）！装配类：喷涂、油漆、电子元件插接（3C行业）等；目的：保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。搬运类：物品输送、装卸等；目的：提高自动化程度、避免繁重作业。包装类：分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；目的：保障安全卫生、提高自动化程度。服务机器人（ServiceRobots）：服务于人类非生产性活动的机器人总称；作业环境为未知，大多具备“行走”功能，产品技术要求高，以第二、三代机器人居多；市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的95%以上。☞主要产品：个人/家庭机器人（Personal/DomesticRobots）：洗碗、扫地、麻将机等。军事机器人（MilitaryRobots）

:无人驾驶飞行器（无人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、机器人战士等。医疗机器人（medicaltreatmentRobots）：诊断、手术或手术辅助、康复机器人等。场地机器人（FieldRobots）：用于科学研究和公共事业服务的、可进行大范围作业的机器人。如太空探测、水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。4.各国水平

美国：

机器人发源地，水平遥遥领先，产品以第三代机器人为主，占全球60%以上市场。

☞著名企业：个人/家用机器人：iRobot、Neato等。医疗机器人：IntuitiveSurgical（直觉外科）等。军事机器人：LockheedMartin（洛克希德马丁）、BostonDynamics（波士顿动力，已被Google并购）等

场地机器人：

Boeing（波音）、NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局）、Remotec等

。BigDog-LS3（军事）Curiosity火星车（场地）

Care-O-Bot4（家庭）

日本：

工业机器人及减速器、个人/家用机器人，产量第一（占50%）、护理（医疗）机器人水平领先。

☞著名企业：工业机器人&机器人减速器：FANUC（发那科）、YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎）等。个人/家用&护理机器人：Panasonic（松下）、HONDA（本田）、RikenInstitute（理化学研究所）等。

欧盟：

☞著名企业：工业机器人：ABB（瑞典&瑞士）、KUKA（库卡，德）、REIS（徕斯，KUKA成员）。服务机器人：德国宇航中心、Karcher、FraunhoferInstituteforManufacturingEngineeringandAutomatic（弗劳恩霍夫制造技术自动化研究所）等。

中国：工业机器人：全球最大的市场。2014年：全球22.5万，中国5.7万、占25.3%；

2015年：全球24.8万，中国6.7万、占27%；

2016年：全球29.4万，中国8.7万、占30%；

2017年：全球38万，中国14.1万、占37%。军事、场地机器人：处于世界先进水平。☺练一练：

完成P17技能训练项目一、任务2一、工业机器人组成与特点1.系统组成（P17、图2-1-1）☞后述内容中，工业机器人简称“机器人”☞机电设备=机械+电气

机械部分

本体（必需）

又称操作机，实现机器人动作的执行机构；

包括机械部件、驱动电机、传感器等；

由关节（Joint）和连杆（Link）连接而成；☞关节：可回转、摆动的间接连接机构（转动副）；连杆：连接关节的刚性构件。执行器（必需）用于作业的工具；安装在机器人末端关节上；可以根据需要更换。变位器（可选）

扩大机器人作业范围（增加自由度）的辅助机构；

包括机械部件、驱动电机、传感器等；

有回转、直线两类，通常为1~4轴。回转变位器直线变位器关节执行器连杆本体

电气部分控制器

功能与数控系统相同；

产生机器人运动轨迹控制脉冲；

控制轴数较多（通常6轴）。操作单元机器人的操作面板；又称示教器；结构简单、采用手持式结构。

驱动器将控制脉冲转换为电机转角；多采用交流伺服驱动系统。☞控制器、驱动器安装在控制柜内示教器控制柜2.基本特点拟人

结构形态类似人类；部件称腰、手臂（上、下臂）、手腕（手腕、爪）；传感器以视觉、听觉、触觉为主（智能机器人）。柔性

有完整、独立的控制系统；可通过编程来改变其动作和行为；可安装不同的执行器，实现不同的应用。通用

可通过程序改变动作；可通过执行器改变功能。3.工业机器人

PK

数控机床相同点

控制要求（轨迹控制）、控制系统结构相同；定义类似：可编程、可定位、多用途设备。区别

作用

CNC机床：工作母机，零件加工的必需设备；

IR：服务于机床、代替人工操作的辅助设备。地位

CNC机床：国民经济基础的基础；

IR：自动化制造的配套设备。价值

CNC机床：占装备总价的85%以上，最高可达数亿；

IR：在装备总价的10%左右，最高为数十万。形态

CNC机床：直线运动轴为主，回转、摆动为辅；

IR：回转、摆动轴为主，直线运动为辅。性能

CNC机床：高精度轮廓加工，多为0.001mm级；

IR：粗略轨迹运动，多为0.1mm级。

控制

CNC机床：一般5轴及以下，准确轮廓运动；

IR：一般6轴及以上，粗略轨迹运动。

软件

CNC机床：笛卡尔坐标运动为主，相对简单；

IR：多轴摆动空间合成运动，相当复杂。☞结论：不在同一体量。4.工业机器人

PK机械手PLC机械手机器人控制系统相同点

作用相同，都是自动化制造的辅助设备；定义类似：机器人=可编程的机械手。区别

控制

机械手：由CNC系统的PLC控制，无独立控制系统；

IR：有独立的控制系统。作用

机械手：单功能、固定用途和动作；

IR：可操作、可编程，多功能、多用途。驱动

机械手：PLC开关量控制，液压、气动系统为主；

IR：轨迹插补控制，必须用伺服驱动系统。二、工业机器人结构形态1.垂直串联（VerticalArticulated

）要点

最常见结构，1973年KUKA研发；关节沿垂直方向串联，数量5-7个；通用性好，可用于各种场合。关节名称S（或J1）：腰（Swing）回转；L（或J2）：下臂（LowerArm）摆动；U（或J3）：上臂（UpperArm）摆动；R（或J4）：腕回转（Wrist

Rolling

）；B（或J5）：腕摆动（WristBending

）；T（或J6）：手回转（Turning

）。☞关节数量可根据实际需要增减（如5、7）。名词说明机身：S/L/U（J1/J2/J3）轴，主要用于机器人作业工具定位，称为定位机构；手腕：R/B/T（J4/J5/J6）轴，主要用来调整作业工具方向，称为定向机构。

回转（Roll）：转动范围一般大于270°；

摆动（Bend）：转动范围一般小于等于270°。2.水平串联（HorizontalArticulated

）要点典型结构为日本山梨大学1978年研发，称SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm），关节以水平串联为主（2~3个），总数4-5个；速度快，多用于轻载、平面作业（3C、食品、药品）。Z3.并联（Parallel

）要点基本结构为6连杆运动，1965年英国Stewart研发（简称Stewart平台）；简化结构为3连杆摆动（常用）

，1985年瑞士研发（简称Delta结构）。Stewart平台Delta结构

Stewart平台至少6个直线升降轴、控制复杂，多用于重载搬运工业机器人，较少采用。Delta机身为3轴摆动结构、手腕安装在机身上，控制简单；一般采用倒挂式安装，多用于食品、药品行业的轻载包装（分拣）工业机器人；三、工业机器人的技术性能☞参见P26、表1.2-1主要参数：工作范围（作业空间）、承载能力、自由度、运动速度、定位精度。1.工作范围（WorkingRange）

要点是工业机器人TRP点能够运动的区域。☞TRP：工具参考点（Tool

Reference

Point），机器人工具安装的基准位置——手腕工具安装法兰中心。

典型结构机器人的TRP点位置如下图：TRPTRPTRP垂直串联DeltaSCARA通常场合可用“作业半径R”简单表示。工作范围大多是不规则形状、不完整空间。

☞垂直串联结构（包括球坐标、圆柱坐标）的作业死区较大，称“部分范围作业”机器人。R=740RR☞SCARA、Delta结构（以及直角坐标）机器人的作业死区较小，称“全范围作业”机器人。2.承载能力（Payload）

要点机器人可承受的最大负载（质量、转矩或切削力）；实际承载能力与负载的重心位置有关，样本数据通常是假设负载重心位于TRP点时的最大理论值。☞承载能力6kg机器人的允许负载图：尺寸基准TRP负载重心ZL1003006kg1kg3.自由度（DegreeofFreedom

）

要点

机器人能产生的独立运动数（相对于地面），包括直线、回转、摆动；自由度实际就是机器人系统的总控制轴数；自由度包括变位器运动，使用变位器可增加自由度；自由度不包括执行器的运动（如刀具旋转等）；自由度越多，运动越灵活；有6个自由度，理论上可实现3维空间的任意运动；自由度可用规定的符号表示。☞见P33、图2.3-6。4.速度与精度

要点

程序速度是机器人TCP点相对与大地的运动速度；☞TCP：工具控制点（ToolControlPoint），有时称工具中心点（ToolCenterPoint），是机器人作业位置和运动控制目标点

；

样本参数为机器人空载时，各关节所能达到的最大回转速度的形式表示；

TCP速度（程序速度）是所有参与运动的关节轴的速度合成值；速度反映机器人工作效率，速度越高、效率越高。精度以TCP实际位置和理论位置的误差表示；通常以重复定位精度的形式表示；测量标准与CNC机床不同，即使数值相同，实际误差远大于CNC机床；

机器人不是高精度设备，不能用于精密加工。☺练一练：

完成P34技能训练。项目二、任务1☞基本概念：产量小，没有统一的编程标准、语言、格式；无导向部件（导轨），很难描述运动、只能示教；粗略控制、定位点基本靠目测。一、程序与编程1.编程方法

☞

不同厂家的机器人，虽程序不同，但方法一致：FANUC、安川：程序结构、编程方法类似，指令不同；ABB：RAPID语言，结构最复杂（可参见《ABB工业机器人应用技术全集》，人民邮电出版社、2020。★概念辨析示教编程一种编程方法（最简单），通过手动机器人移动、人机对话操作，将机器人位置、运动要求告知控制器（示教）；控制器记录、保存运动过程，在需要时重复相同动作（再现）；再现运行的机器人运动速度，可与示教操作不同；虽然，示教编程必须在机器人现场、在线进行，但不能将其称为“现场编程”或“在线编程”。现场编程只表明编程场所，是否在机器人现场（车间）；不限定编程方法，可采用示教、也可采用虚拟仿真。在线、离线编程只表明设备的电气连接状态，机器人控制器与编程设备有电气连接（电缆线）：在线；无连接：离线。不限定编程方法，可采用示教、也可采用虚拟仿真。虚拟仿真用仿真软件的机器人虚拟运动，代替示教操作的机器人实际运动，生成程序的一种方法；与编程场所、是否存在电气连接无关。★结论：机器人编程方法只有示教、虚拟仿真2种，其他的提法都不够严谨。2.RAPID程序结构任务（Task）包含一项作业所需的全部指令和数据，是一个完整的RAPID应用程序。由若干程序模块、系统模块组成；简单系统通常只有一个任务；复杂控制系统，可同步执行多个任务；任务的属性，可通过任务特性参数定义。程序模块（Programmodule）RAPID应用程序的主体，它程序数据（Programdata）、作业程序（Routine，ABB说明书称例行程序）；程序数据用来定义移动目标位置、工具、工件、作业参数等指令操作数；作业程序是用来控制机器人动作。系统模块（Systemmodule）用来定义控制系统功能和参数的程序；定义机器人系统的软硬件功能；定义机器人规格结构；由程序（Routine）和数据（Systemdata）组成；由工业机器人的生产厂家定义，用户一般不可更改；在控制系统起动时自动加载；与用户编程无关。二、程序模块格式1.组成标题（Header）程序的简要说明文本；可根据实际需要添加、无强制性要求；以字符“%%%”作为开始、结束标记。注释（comment）为了方便程序阅读所附加的说明文本；注释只能显示，而不具备任何其他功能；可根据要求自由添加或省略；以符号“！”（指令COMMENT的简写）作为起始标记；以换行符结束。指令（Instruction）系统的控制命令，用来定义系统需要执行的操作。☞如：PERStooldatatMIG1:=……

用来定义系统的工具数据tMIG1；

MoveJp1,v100,z30,……

用来定义机器人运动等。标识（identifier）又称名称，它是应用程序构成元素的识别标记。☞如：PERStooldatatMIG1:=…，tMIG1工具数据名；VARspeeddatavrapid:=…，vrapid移动速度名。32字、首字符必须为字母，不能使用空格、保留字；不可重复使用，不能仅通过大小写区分。2.格式主模块

MODULE模块名称（属性）；//模块声明（起始）模块注释程序数据定义主程序子程序1……子程序n

ENDMODULE//模块结束

三、作业程序格式1.程序格式主程序Mainprogram

PROC主程序名称（参数表）//程序声明程序注释一次性执行子程序

WHILETRUEDO循环子程序执行等待指令

ENDWHILEERROR错误处理程序

ENDIFENDPROC普通程序PROC（Procedures）

PROC程序名称（参数表）//程序声明程序指令……

ENDPROC功能程序FUNC（Functions）

FUNC数据类型功能名称（参数表）//程序声明程序数据定义程序指令……

RETURN返回数据

ENDFUNC中断程序TRAP（Traproutines）//程序声明

TRAP程序名称（参数表）程序指令……

ENDTRAP2.程序声明格式

使用范围限定调用该程序的模块，可为全局（GLOBAL）或局域（LOCAL）；系统默认GLOBAL（可省略）；

局域程序只能由本模块调用，优先级高于全局程序；局域程序的结构、编程方法与全局程序并无区别。程序类型可选择普通（PROC）、功能（FUNC）和中断（TRAP）。程序名称程序的识别标记，按RAPID标识规定定义；

功能程序FUNC的名称前必须定义返回数据的类型。程序参数用于参数化程序，在名称后的括号内附加（见后述）；不使用参数的普通程序PROC需要保留括号；中断程序TRAP不能使用参数，名称后不能加括号；功能程序FUNC必须使用参数。3.程序参数格式

选择标记无前缀：必需参数；前缀“\”：可选参数；

可选参数通常用于以函数命令Present（当前值）作为判断条件的IF指令。访问模式参数转换方式：IN（输入）、INOUT（输入/输出）；

IN参数系统默认、可省略IN；需要指定初始值；

不能在程序中改变参数值（数值不变）。INOUT参数。必须加INOUT；需要指定初始值；

可以在程序中改变参数值（数值可变）。数据性质定义使用方法及保存、赋值、更新要求（见后述）；可为VAR（程序变量）、PERS（永久数据）；VAR（程序变量）为系统默认，无需标注。数据类型用来规定参数的数据格式，

十进制数值num、逻辑状态bool等。参数/数组名称参数识别标记，数组名称后需要加“｛*｝”。排斥参数用“｜”分隔，只能选择其中之一；通常用于以Present作为判断条件的IF指令。4.数据性质常量CONST

具有恒定的值，程序执行完成可继续保持；

必须通过数据定义指令定义；

通常在模块中定义；☞定义示例赋值指令：CONSTnuma:=3；表达式：CONSTnumindex:=a+6；数组（1阶、3元数组）：CONSTposseq{3}:=[[0,0,0],[0,0,500],[0,0,1000]];☞“:=”为赋值符，相当于等号“=”。永久数据PERS可定义初始值，数值可利用程序改变、结果能保存；

只能在模块中定义，主程序、子程序可使用、改变；可利用赋值指令、函数命令或表达式定义或修改；全局永久数据未定义初始值，系统将自动取0（空白）。☞定义示例赋值指令：PERSnuma:=3；表达式：PERSnumindex:=a+6；数组（1阶、3元数组）：PERSposseq{3}:=[[0,0,0],[0,0,500],[0,0,1000]];永久数据PERS可定义初始值，数值可利用程序改变、结果能保存；

只能在模块中定义，主程序、子程序可使用、改变；可利用赋值指令、函数命令或表达式定义或修改；全局永久数据未定义初始值，系统将自动取0（空白）。☞定义示例赋值指令：PERSnuma:=3；表达式：PERSnumindex:=a+6；数组（1阶、3元数组）：PERSposseq{3}:=[[0,0,0],[0,0,500],[0,0,1000]];程序变量VAR可在模块、程序中自由定义、自由使用；

数值只对指定的程序有效；

程序执行完成后，变量值将被自动清除；

可通过程序中的赋值指令、函数命令或表达式定义或修改。☞定义示例赋值指令：VARnum

counter;

//counter=0VARpospStart:=[100,100,50];表达式：VARnum

index:=a+b数组（1阶、3元数组）：VARposseq{3}:=[[0,0,0],[0,0,500],[0,0,1000]];

四、普通程序执行与调用1.一次性执行在主程序起始位置编制；以无条件调用指令调用；

子程序无条件调用指令ProcCall可直接省略；只需要在程序行编写子程序名称。☞调用示例rCheckHomePos;//无条件调用子程序rCheckHomePosrWelding；//无条件调用子程序rWelding2.循环执行

一般通过条件循环指令“WHILE—DO”实现；循环条件可使用判别、比较式、逻辑状态；如果循环条件直接定义为“TRUE”，将无限重复WHILE至ENDWHILE间的指令。☞调用示例

WHILE

循环条件

DO子程序名称（子程序调用指令）……执行等待指令ENDWHILEENDPROC3.重复调用

一般通过指令FOR实现，重复次数由计数器指定；

子程序调用指令（名称）编写在指令FOR至ENDFOR之间；

可附加正（加）或负（减）整数STEP，执行FOR至ENDFOR间的指令，计数值可加一个STEP；

省略STEP时，默认“STEP=1”。☞调用示例FOR计数器FROM起始值TO结束值[STEP增量]DO

子程序名称（子程序调用指令）

……

ENDFOR4.IF条件调用

IF—THEN指令：子程序调用指令编写在IF与ENDIF间，如满足IF条件，调用子程序；否则，跳过子程序；☞调用示例

IFreg1＜5THENwork1;//reg1＜5时执行子程序work1

ENDIF

IF—THEN—ELSE指令：IF条件满足，执行IF与ELSE间的子程序、跳过ELSE与ENDIF间的子程序；IF条件不满足，跳过IF与ELSE间的子程序、执行ELSE与ENDIF间的子程序。

5.TEST条件调用TEST测试数据等于CASE测试值（可多个），执行随后的指令；

CASE编程次数不受限制；DEFAULT可使用或省略；☞调用示例

TEST测试数据

CASE

测试值1,测试值2,……：子程序名称（子程序调用指令）

CASE测试值n,测试值n+1,……：子程序名称（子程序调用指令）

DEFAULT：

//以上条件都不满足子程序名称（子程序调用指令）ENDTEST项目二、任务2一、程序数据定义指令格式

使用范围分全局GLOBAL、任务TASK和局部LOCAL三类。

GLOBAL可供所有任务、模块和程序使用、数值唯一；GLOBAL是系统默认，无需在指令中声明；TASK只供本任务使用、LOCAL只供本模块使用；

系统优先使用LOCAL，可替代同名的GLOBAL、TASK。使用范围可以是CONST、PERS、VAR（variable）和程序参数；程序参数用于参数化编程的程序。数据类型用来规定程序数据的格式与用途；☞例如：num：十进制数值bool：二进制逻辑状态string：字符串文本robtarget：机器人TCP位置可通过等同指令ALIAS，对数据类型增加一个别名。数据名称/个数数据名称是程序数据的识别标记，不应重复定义；数组数据的名称后需要后缀“{数据元数}”，标明个数。数据初始值必须符合程序数据的格式要求；可为数值，也可以为表达式的运算结果；未定义时，自动取系统默认值“0”或“空白”等。☞注意：类型相同的数据可直接使用表达式，结果为同类数据；不同类型的数据原则上不能直接运算。二、基本型数据定义基本说明

基本型（atomic）数据在ABB机器人说明书中译为“原子型数据”；通常由数字、字符等基本元素构成；

一般只能整体使用，而不能进行分解。主要有数值（num）、双精度数值（dnum）、字节（byte）、逻辑状态（bool）、字符串（string或stringdig）4类。数值型数据用数值表示，分为num、dnum2类;num、dnum可为整数、小数、指数；也可为二进制（bin）、8进制（oct）或16进制（hex）；十进制的表示方法

num：32位二进制，数值23位、指数8位、符号1位；数值范围-223~（223-1）；

dnum：64位二进制，数值52位、指数11位、符号1位；数值范围-252~（252-1）。在num数值范围内，num/dnum可自动转换，并进行运算。通过运算得到的num、dnum数据不能用于“等于”、“不等于”比较运算。字节、逻辑状态型数据字节型数据byte只能是8位二进制正整数，数值范围0~255；字节型数据主要用来表示开关量输入/输出组信号的状态。逻辑状态型数据bool数据只能是逻辑状态；

逻辑状态0、1通常以字符“FALSE”、“TRUE”表示。字符串型数据称string数据，由字母、数字、符号组成，80字符以下。在RAPID程序中需要用双引号（＂）标记；数据本身的双引号＂、反斜杠\，需要连续书写2个；由纯数字0~9组成的特殊字符串称stringdig，可用来表示正整数，数值范围0~232；stringdig数据可直接进行算术运算和比较处理。三、复合型数据与数组定义复合型数据

复合型数据recode由多个数据（构成元）按规定格式复合而成；

在ABB机器人说明书中有时译为“记录型”数据；

构成元可为基本型数据，也可为其他复合型数据；

复合型数据可整体使用，也可只用一部分，或部分数据中的某一项；复合型数据及构成元均可用表达式、函数命令；

构成元、数据项可用“数据名．构成元名”、“数据名．构成元名．数据项名”的形式引用。数组

类型相同的多个数据可用数组一次性定义；多个数组还可用复合数组（多价数组）定义；

复合数组所包含的数组数称为价数或维数；每一数组所包含的数据数，称为数据元数；以数组形式定义的数据，其名称相同；1价（1维）数组需要在名称后加“｛元数｝”；引用时，需要在名称后加“｛元序号｝”；

对于多价（多维）数组需要在名称后加“｛价数，元数｝”，引用时需要在名称后加“｛阶序号，元序号｝”。四、表达式与运算表达式

用来计算程序数据数值、逻辑状态的运算式或比较式；表达式可用于程序数据赋值、定义IF条件等；运算数可以是程序数据或CONST、PERS、VAR；

运算数需要用运算符连接；简单四则运算和比较操作可使用基本运算符，复杂运算需要用函数命令或功能程序。☞参见P54、表2.2-1。运算指令

☞参见P56、表2.2-3，P57、表2.2-4。函数命令

☞参见P55、表2.2-2。项目二、任务3一、机器人基准与轴组1.运动轴与运动单元运动轴伺服电机驱动、控制机器人或工件运动的坐标轴；以关节回转为主；又称关节轴、运动轴；机器人运动轴众多，需要进行分组控制。运动单元根据机械组件的功能、用途，对伺服轴进行的分组；ABB：机器人关节轴称机器人单元，机器人整体移动轴称基座单元，工件运动轴称工装单元；基座轴、工装轴统称外部轴；系统越复杂、轴组越多，单机器人只有1个机器人单元。单元1：机器人1单元2：机器人2单元3：机器人1基座单元4：工装☞见P63、图2.3-42.机器人基准点

☞机器人的基准点有工具控制点（TCP）、工具参考点（TRP）、手腕中心点（WCP）3个。TCP工具控制点（ToolControlPoint）的英文简称，又称工具中心点（ToolCenterPoint）；是机器人末端执行器（工具）的实际作业点和机器人运动控制的目标点；机器人手动操作、编程位置、插补运动轨迹都是针对TCP点而言；TCP点的位置与作业工具的形状、安装方式等密切相关。

☞

弧焊机器人TCP：焊枪枪尖；

点焊机器人TCP：焊钳固定电极的端点。TRP机器人工具参考点（ToolReferencePoint）的英文简称;是机器人工具安装的基准点，通常为机器人手腕上的工具安装法兰中心点；是确定TCP、定义工具质量和重心的基准位置和工具坐标系原点；不安装工具或未定义工具坐标系，系统默认的TCP位置就是TRP。TRPWCP是机器人手腕中心点（WristCenterPoint）的英文简称；是确定机器人姿态、判别奇点（Singularity）的基准位置；垂直串联机器人的WCP点一般为手腕摆动轴j5、手回转轴j6的回转中心线交点。WCP3.垂直串联机器人基准线☞

垂直串联机器人有回转中心线、下臂中心线、上臂中心线、手回转中心线。作用：定义机器人坐标系、判别机器人奇点。

☞奇点（Singularity）：机器人运动状态和速度不可预测的点，奇点不能用正常的方法控制。机器人回转中心线：通过腰回转轴J1（S）回转中心、且与安装底平面垂直的直线。下臂中心线：机器人下臂上，与下臂摆动轴j2中心线和上臂摆动轴j3摆动中心线垂直相交的直线。上臂中心线：机器人上臂上，通过手腕回转轴j4回转中心，且与手腕摆动轴摆动中心线垂直相交的直线。手回转中心线：通过手回转轴J6（T）回转中心，且与手腕工具安装法兰面垂直的直线。二、

机器人本体坐标系☞基座坐标系、关节坐标系是所有机器人必备的基本坐标系基座坐标系（Basecoordinates）以机器人安装基座为基准的虚拟笛卡尔直角坐标系，用来描述机器人相对于基座的运动；又称机器人坐标系、全局坐标系；以机器人回转中心线为Z轴、以机器人基座安装底面为XY平面的虚拟笛卡尔直角坐标系；垂直安装底面向上方向为+Z向，垂直基座前侧面向外的方向为+X向，Y轴用右手定则进行确定。关节坐标系（Jointcoordinates）用来表示关节位置（相对于零位的绝对回转角度）的坐标系；每一轴独立定义，坐标轴方向、零点位置由机器人生产厂家规定（见下）；是系统进行实际控制的基准坐标系，机器人工作范围就是关节坐标系的运动范围；☞

关节坐标原点及方向（

★基准：基座坐标系

）：腰回转轴J1（S）；以+Z轴为基准、右手定则确定方向；上臂中心线平行+XZ平面的位置为0°。下臂摆动轴J2（L）；J1=0°时，以+Y为基准、右手定则确定方向，下臂中心线与+Z轴平行位置为0°。上臂摆动轴J3（U）；J1、J2均0°时，以-Y轴为基准、用右手定则确定方向，上臂中心线与+X轴平行的位置，为0°。腕回转轴J4（R）；J1~J3均为0°时，以-X轴为基准、用右手定则确定方向，手回转中心线与+Z轴平行的位置为0°。腕弯曲轴J5（B）；J1~J4均为0°时，以-Y轴为基准、用右手定则确定方向，手回转中心线与-X轴平行的位置为0°。手回转轴J6（T）；J1~J5均为0°时，以-X轴为基准、用右手定则确定方向；J6轴通常可无限回转，零点位置由工具安装法兰上的定位基准确定。右手定则回转轴直线轴☞基座坐标系&关节坐标系4.

其他坐标系☞工具(作业必需)

;工件/大地/用户坐标系(选择)工件坐标系（Objectcoordinates）以工件为基准、用来描述机器人相对于工件运动的笛卡尔直角坐标系；进行多工件、相同作业时，对不同工件的作业，只需要改变工件坐标系、无需改变程序。工具坐标系（Toolcoordinates）以手腕基准坐标系为基准、用来描述机器人工具姿态（TCP位置和方向）的坐标系；无工具时，工具坐标系和手腕基准坐标系重合；机器人用不同工具进行相同作业时，对不同工具，只需要改变工具坐标系、无需改变程序。

☞手腕基准坐标系

原点：手腕工具安装基准点（TRP）；大地坐标系（Worldcoordinates）又称世界坐标系。以大地为基准、用来描述机器人基座相对于地面运动的笛卡尔直角坐标系；无基座轴（机器人变位器）的机器人系统，大地坐标系与基座坐标系重合。用户坐标系（Usercoordinates）以工装零位为基准、用来描述机器人相对于工装运动（工件变位器运动）的笛卡尔直角坐标系；无工装轴组（工件变位器）的机器人系统，用户坐标系与基座坐标系重合。方向：J5=0°时，基座坐标系+X向、+Z向分别为手腕基准坐标系的+Z向、+X向（注意轴交换！）三、机器人与工具姿态1.机器人位置的指定关节位置直接以关节坐标系位置描述，称为关节位置；由于关节位置以电机相对零位所转过的脉冲数表示，故又称脉冲位置；

☞机器人关节位置是准确的、唯一的位置。XYZ位置以基座、工件、工具等虚拟笛卡尔直角坐标系的X/Y/Z坐标值描述的位置；可通过多种关节位置合成，必须同时规定机器人与工具的姿态。例如：对于P1点定位：机身向前下臂向上、上臂前伸、手向下俯机身向前下臂前伸、上臂上仰、手向下俯机身向后下臂后倾、上臂上仰、手向上仰2.机器人姿态（Robotconfiguration）姿态与定义用来描述机器人关节轴的状态，又称机器人形态或机器人配置；不同公司产品的定义方法不统一；安川机器人用机身前/后、正肘/反肘、手腕俯/仰，以及J1/J4/J6（S/R/T）轴角度进行定义。机身状态（前/后）判别依据：、手腕中心点（WCP）在基准面的位置（与J1轴位置有关）；基准面：基座坐标系YZ平面。

☞

机身前后（P66、图2.3-7）J1＜180°J1≥180°前前后后J1＜180°：WCP位于基准面前侧为“前”；J1≥180°：WCP位于基准面后侧为“前”；臂奇点：WCP位于基准平面为臂奇点。正肘/反肘用来描述机器人上/下臂J2/J3（L/U）轴状态；基准：过WCP点、与J2轴回转中心线垂直相交的直线；下臂中心线与基准线夹角α＞0°为正肘、α＜0°为反肘；α=0°为肘奇点

（J2/J3/J5回转中心线在同一平面）。α＞0°α＜0°正肘反肘手腕俯/仰用来描述腕摆动J5（B）轴状态；基准线：上臂中心线；手回转中心线与基准线夹角β＞0°为仰，β＜0为俯，β=0°为腕奇点（J4和J6中心线重合）。

β＞0°β＜0°仰俯J1/J4/J6（S/R/T）区间用来限定奇点运动、避免失控，ABB用象限代号定义。臂奇点：J1/J4（S/R）失控。肘奇点：J4（R）失控。腕奇点：J4/J6（R/T）失控。臂奇点肘奇点腕奇点3.工具姿态（Toolconfiguration）姿态与定义工具姿态用来规定作业工具的TCP位置和方向；一般通过设定工具坐标系定义；工具方向有多种描述方法；安川、FANUC用坐标旋转角度描述，ABB用四元数描述。TCPTCP工具坐标系的设定基准：手腕基准坐标系；TCP位置：TCP点在手腕基准坐标系的X/Y/Z值；工具方向：工具坐标系绕手腕基准坐标系X/Y/Z回转的角度/Rx/Ry/Rz。Rx=180Ry

=90、Rz

=180项目二、任务4一、机器人定位位置1.移动要素定位位置移动指令的目标位置，又称程序点、示教点；可以直接在程序中给定，也可以通过示教操作设定；可以是机器人、外部轴关节坐标系的绝对位置；也可是机器人TCP点在笛卡尔直角坐标系上的XYZ值；以笛卡尔直角坐标系XYZ方式定义的目标位置，需要同时规定机器人的姿态。到位区间又称定位等级（PositioningLevel）、定位类型（Continuoustermination）、定位允差等;是控制系统用来判断机器人是否到达目标位置的依据;

☞如机器人TCP已到达目标位置的到位区间范围，控制系统便认为当前的移动指令已经执行完成、执行下一程序指令。

注意！！

☞闭环位置控制系统（伺服驱动系统）的到位区间并不是运动轴最终的定位误差，运动轴到达到位区间后，伺服系统仍能够通过闭环自动调节功能，进一步消除误差、直至达到系统可能的最小值。移动轨迹就是机器人TCP点在3维空间的运动路线；需要通过移动指令规定，项目四学习

☞

MoveAbsJ：绝对位置定位

MoveJ：关节插补

MoveL：直线插补

MoveC：圆弧插补等。

移动速度定义机器人、外部轴的运动速度；关节坐标系的绝对定位直接指定关节回转或直线移动速度；关节、直线、圆弧插补指定机器人TCP点在笛卡尔直角坐标系的移动速度（合成速度）。

2.关节位置以各关节轴自身的计数零位（原点）为基准，直接用回转角度或直线位置描述的关节轴、外部轴绝对位置；关节位置是机器人绝对定位的目标位置，无需考虑机器人、工具姿态。☞关节位置：j1~j4、j6=0°；j5=30°；e1=682mm，e2=45°关节位置数据jointtarget定义robax：机器人本体关节轴绝对位置；extax：外部轴（基座、工装轴）绝对位置，未使用的外部轴位置定义为“9E9”。☞

格式&示例VARjointtargetp0;//

仅程序点（取初始值0）；p0:=[[0,0,0,0,0,0],[0,0,9E9,9E9,9E9,9E9]];//完整p0.robax:=[0,45,30,0,-30,0]；//仅本体p0.extax:=[-500,-180,9E9,9E9,9E9,9E9]；//仅外部轴

2.TCP位置利用虚拟笛卡尔直角坐标系定义的机器人TCP位置；是关节、直线、圆弧插补的移动目标位置；与所选择的坐标系有关。☞P1的TCP位置：基座坐标系：（800,0,1000）；大地坐标系：（600,682,1200）；工件坐标系：（300,200,500）P1TCP位置数据robtarget定义trans：TCP在指定坐标系上的（x，y，z）值。rot：用四元数法表示的工具姿态；robconf：机器人姿态[cf1，cf4，cf6，cfx]，cf1/cf4/cf6为j1/j4/j6轴区间号(见图3.4-7),cfx机器人姿态号0~7(见任务1、练习2);extax：外部轴e1~e6绝对位置,同关节位置。☞

格式&示例VARrobtargetp1;//仅定义程序点，初始值0p1:=[[0,0,0],[1,0,0,0],[0,1,0,0],[0,0,9E9,9E9,9E9,9E9]];//完整p1.pos:=[50,100,200]；//仅定义XYZp1.pos.z:=200；//仅定义Z值二、机器人到位区间作用是系统结束当前指令、启动下一指令的条件，不是机器人TCP的实际定位误差；连续移动转换点，系统一方面闭环调节上一指令误差；同时开始下一移动，将产生圆拐角；到位区间越大，移动指令的执行时间就越短，运动连续性就越好；到位区间大，TCP的运动轨迹偏离指令目标点就越远、轨迹精度也就越低。编程ABB机器人称到位区间（zone）；系统预定义到位区间为z0~z200，z0为准确定位、z200为半径200mm的范围；也通过程序数据zonedata，直接在程序中定义。准确定位添加一个大于100ms的程序暂停动作；利用到位区间fine自动实现的机器人准确定位；到位检测还可进一步增加移动速度、停顿时间、拐角半径等更多的判断条件。到位区间数据zonedata定义finep：定位方式，TRUE为暂停、FALSE为连续；pzone_tcp：TCP到位区间，单位mm；pzone_ori：工具姿态到位区间，≥pzone_tcp；pzone_eax：外部轴到位区间，≥pzone_tcp；zone_ori：工具定向到位区间，单位deg；zone_leax：外部直线轴到位区间，单位mm；zone_reax：外部回转轴到位区间，单位deg。☞

格式&示例VARzonedatapath1;//定义到位区间、初始值0path1:=[FALSE,25,35,40,10,35,5];//完整Path1.pzone_tcp:=30;//仅定义TCP区间Path1.pzone_ori:=40;//仅定义工具姿态区间

☞

系统预定义z0：准确定位（fine）；z1/5/10/15/20/30/40/50/60/80/100/150/200：pzone_tcp=1/5/10/15/20/30/40/50/60/80/100/150/200；pzone_ori/pzone_eax/zone_leax/zone_ori/zone_reax

=1.5×（pzone_tcp）。☞

需要时可增加到位检测条件添加项\Inpos三、机器人移动速度关节速度用于机器人手动、关节绝对定位；通常，回转/摆动轴单位°/s；直线轴单位mm/s；最大速度不允许超过，TCP、工具定向速度受此限制。通常以最大速度倍率（百分率）的形式定义；不能用于机器人TCP点运动速度的定义；手动操作、关节绝对定位时，TCP线速度为各关节轴运动的合成。TCP速度关节、直线、圆弧插补时的机器人TCP线速度；所有参与插补的运动合成速度，基本单位mm/s；可用速度值、移动时间的形式定义；关节轴的实际关节速度需要通过TCP速度的逆向求解得到，但不能超过关节轴的最大速度，否则，控制系统将自动限制TCP速度。工具定向速度工具定向是TCP点不变的工具方向调整运动；通过TRP绕TCP的回转运动实现，单位°/s；关节轴回转速度最大速度；可采用速度值或移动时间定义。速度数据speeddata定义格式：[v_tcp，v_ori，v_leax，v_reax]v_tcp：TCP速度定义，单位mm/s；v_ori：工具定向速度定义，单位°/s；v_leax：外部直线轴移动速度定义，单位mm/s；v_reax：外部回转轴回转速度定义，单位°/s。☞

格式&示例VARspeeddatav_work;//定义速度，初始值0v_work:=[500,30,250,15];//完整v_work.v_tcp:=200;//仅定义v_tcpv_work.v_ori:=12;//仅定义v_ori☞

系统预定义TCP速度（mm/s）：v5/10/20/30/40/50/60/80/100/150/200/300/400/500/600/800/1000/1500/2000/2500/3000/4000/5000/6000/7000。v_ori：500°/s；v_reax：1000°/s；v_leax：5000mm/s。回转速度（°/s）：vrot1/2/5/10/20/50/100；v_tcp、v_leax：0。直线运动速度（mm/s）：vlin10/20/50/100/200/500/1000。v_tcp、v_ori、v_reax：0。一、移动指令格式指令

☞

见P91、表3.1-1。MoveAbsJ：机器人绝对定位（关节位置）；MoveExtJ：外部轴绝对定位（关节位置）；MoveJ：关节插补（TCP位置）；MoveL：直线插补（TCP位置）；MoveC：圆弧插补（TCP位置）。项目三、任务1程序数据目标位置ToJointPoint：关节位置，数据类型jointtarget；ToPoint：TCP位置，数据类型robtarget，可通过工具偏移RelTool、程序偏移Offs等函数命令指定；

*：通过手动示教操作指定目标位置。移动速度数据类型为speeddata；可使用系统预定义的速度v*、vrot*、vlin*；可通过添加项\V或\T直接设定。到位区间数据类型为zonedata；可为系统预定义的区间z*、fine；可通过数据添加项\Z、\Inpos，直接指定到位允差、到位检测条件。作业工具数据类型为tooldata；用来确定TCP位置、工具方向、负载特性等；未安装工具时，选择系统预定义数据Tool0；可通过添加项\WObj、\TLoad、\Corr；工具固定、机器人移动工件时必须加\WObj。添加项\Conc：连续执行，机器人移动的同时，启动并执行后续的非移动指令。\V或\T：\V直接定义TCP速度；\T可定义运动时间，间接指定移动速度。\Z、\Inpos：直接定义到位区间、到位检测条件。\Wobj：选择工件坐标系、用户坐标系等工件数据；工具固定、机器人移动工件时必须加。

\TLoad：机器人负载，使用Load0以外数据时，工具数据tooldata中的负载特性项tload将无效。二、

移动指令编程1.定位指令编程绝对定位MoveAbsJ[\Conc，]ToJointPoint[\ID][\NoEOffs]，Speed[\V]│[\T]，Zone[\Z][\Inpos]，Tool[\Wobj][\TLoad]；用于机器人本体快速定位（关节位置）。☞编程示例MoveAbsJp1，v1000，fine，grip1；//使用系统预定义数据定位MoveAbsJ\Conc,p4[\NoEOffs]，v1000，fine，tool1；//使用指令添加项外部轴绝对定位MoveExtJ[\Conc,]ToJointPoint[\ID][\UseEOffs]，Speed[\T]，Zone[\Inpos]；用于变位器（外部轴）快速定位（关节位置）；机器人相对于基座无运动，无工具、负载影响，不需要指定工具、工件数据。☞编程示例

MoveExtJp1，vrot10，z30；

//使用系统预定义数据定位MoveExtJ\Conc,p3，vrot10，fine；//使用指令添加项2.插补指令编程关节插补MoveJ[\Conc，]ToPoint[\ID]，Speed[\V]│[\T]，Zone[\Z][\Inpos]，Tool[\Wobj][\TLoad]；用于机器人TCP定位（TCP位置）；机器人全部轴同时启动、同时停止，TCP运动轨迹通常不是直线。☞编程示例

MoveJp1，v1000，fine，grip1；

//使用系统预定义数据插补MoveJp2，v500\V:=520，z30\Z:=35，tool1；//直接指定速度和到位区间直线插补MoveL[\Conc，]ToPoint[\ID]，Speed[\V]│[\T]，Zone[\Z][\Inpos]，Tool[\Wobj][\Corr][\TLoad]；用于机器人TCP直线移动；机器人全部轴同步运动，TCP运动轨迹为连接起点和终点的直线。☞编程示例

MoveLp1，v500，z30，Tool1；

//使用系统预定义数据插补MoveLp2,v1000\T:=5,fine\Inpos:=inpos20,tool1；//直接指定移动时间和到位区间圆弧插补MoveC[\Conc,]CirPoint，ToPoint[\ID]，Speed[\V]│[\T]，Zone[\Z][\Inpos]，Tool[\Wobj][\Corr][\TLoad]；用于机器人TCP圆弧移动；机器人全部轴同步运动，TCP运动轨迹为连接起点、中间点（CirPoint）和终点（ToPoint

）的圆弧。☞编程示例

MoveCp1，p2，v500，z30，Tool1；

//使用系统预定义数据插补MoveCp2，p3，v500\V:=550，z30\Z:=35，Tool1；//直接指定移动速度和到位区间

要点：不能用于终点和起点重合的360°全圆移动；全圆需要2条或以上的圆弧插补指令实现；3点定圆弧，中间点（CirPoint）尽可能选择在圆弧中间位置；起点（Start）、中间点（CirPoint）、终点（ToPoint

）需要满足图示条件。☞编程示例

MoveLp1，v500，z30，Tool1；

//直线移动至P1

MoveCp2,p3,v500,z30,Tool1；//圆弧插补至P3

MoveLp4,v500,z30,Tool1；

//直线移动至P4P4P1P2P3起点3.编程实例假设弧焊机器人（工具数据tool1）的运动要求如图所示，试编制机器人移动程序。p0→p1：绝对定位v800、z50；p1→p2：关节插补v500、z30；p2→p3：直线插补v300、fine；p3→p4：直线插补10s、z10；p4→p5：直线插补125mm/sec、inpos20；p5→p6：直线插补v300、z30；p6→p1：关节插补v500、fine。移动程序：

MoveAbsJp1，v800，z50，tool1；//P0→P1

MoveJp2，v500，z30，tool1；//P1→P2

MoveLp3，v300，z30，tool1；//P2→P3MoveLp4,v300\T:=10,z10,tool1；//P3→P4

MoveLp5,v100\T:=125,fine,tool1；

//P4→P5

MoveLp6，v300，z30，tool1；

//P5→P6

MoveJp1，v500，fine，tool1；//P6→P1一、状态读入函数命令

1.指令与功能状态读入指令输入信号DI、GI、AI：直接用程序数据di*、gi*、ai*读取；输出信号DO、GO、AO：通过函数命令读取。

☞

见P189、表4.2-1。项目三、任务22.指令编程DI/DO、AI/AO状态读入利用赋值指令、函数命令读入；执行结果为DIO数值（dionum）数据（0或1）。☞编程示例

flag1:=di1;//读入di1状态flag2:=DOutput(do1);//读入do1状态reg1:=ai1;//读入ai1值reg2:=AOutput(ao1);//读入ao1值GI/GO状态读入一次性读入8~32点DI/DO信号状态；执行结果为数值数据num或双精度数值数据dnum。☞编程示例

reg1:=gi1;//读入gi1组16点DI状态reg2:=GOutput(go1);//读入go1组16点DO状态reg3:=GInputDnum(gi1);//读入gi1组32点DI状态reg4:=GOutputDnum(go1);//读入go1组32点DO状态二、输出控制命令编程输出ON/OFF设定DO信号输出ON/OFF状态；使DO信号现行输出状态翻转。☞指令&编程Setdo2;//do2输出ONResetdo15;//do15输出OFFInvertDOdo10;//do10输出状态取反脉冲输出在DO信号输出脉冲信号；可使用以下添加项：

\PLength：脉冲宽度s，系统默认0.2s。

\High：执行前DO为“0”，输出正脉冲；执行前DO为“1”，保持\PLength时间（默认0.2s）；☞指令&编程PulseDOdo15;//do15输出0.2s脉冲PulseDO\PLength:=1.0,do2;//do2输出1s脉冲PulseDO\High,do3;//do3输出0.2s脉冲，或保持1状态0.2s输出设置设定DO、GO、AO信号输出状态；可使用以下添加项：

\Sdelay：输出延时，允许0.001~2000s；脉冲宽度s，系统默认0.2s。

\Sync：需要确认实际输出状态，只有实际输出状态改变后，才能继续执行下一指令。☞指令&编程SetDOdo1,1;//do1输出1SetAOao1,5.5;//ao1输出5.5SetGOgo1