工业机器人操作与运维流程 课件 ch05 工业机器人编程

工业机器人编程第五章工业机器人操作与运维教程1+X证书制度试点培训用书掌握工业机器人编程语言的特点、基本功能及方式。掌握工业机器人的控制方式及硬件结构。熟悉工业机器人编程的基本要求。掌握工业机器人在线示教编程和自主编程的特点。工业机器人编程学习内容工业机器人编程01工业机器人编程语言工业机器人要实现一定的动作和功能，除了要依靠可靠的硬件支持，还有很大部分的工作是通过编程完成的。随着工业机器人的发展，工业机器人的编程技术也得到不断完善，并成为工业机器人技术的重要组成部分。工业机器人编程语言编程就是使用某种特定的语言描述工业机器人的运动轨迹，使工业机器人按照指定的运动轨迹和作业指令完成操作人员期望的各项工作。工业机器人机构与一般机械不同，其程序设计更有特色，在讨论工业机器人编程之前，先通过举例说明工业机器人装配工作站的工作过程。工业机器人编程语言工业机器人装配工作站由输送带、视觉系统、装配机器人、压床、送料器和工作台等组成，如图5-1所示。整个装配过程大致如下。工业机器人编程语言工作站控制系统发出输送带启动信号，视觉系统实时检测输送带上是否存在工件，当视觉系统检测到输送带上有工件时，识别工件的位置和方向，并检查工件的缺陷。根据视觉系统的输出，末端执行器以设定的力抓取工件，如果末端执行器没有正确抓取工件，那么当末端执行器移开后视觉系统将重新执行检测任务。工业机器人编程语言末端执行器把工件放到工作台的安装夹具内，这时输送带再次启动，以便输送下一个工件。末端执行器采用力控制向工件执行插入铆钉的工作，并检查铆钉是否正确安装，如果判定配件是好的，那么末端执行器将工件抓取至下一个安装夹具上并执行下一道装配工序。工业机器人编程语言如果下一个安装夹具已装有工件，那么操作人员会得到相应的错误信号，且末端执行器将停止工作并等待操作人员清除错误信号。这是现有的装配机器人可能执行的作业任务，这类应用需要一种能执行上述过程的工业机器人编程语言，下面对工业机器人编程语言进行介绍。工业机器人编程语言工业机器人编程语言类型随着工业机器人的发展，工业机器人编程语言也得到了发展和完善。早期的工业机器人由于功能单一、动作简单，所以可采用固定程序或者示教方式控制其运动轨迹。工业机器人编程语言随着工业机器人作业动作的多样化和作业环境的复杂化，采用固定程序或示教方式已经不能满足要求。必须依靠能适应作业动作和作业环境随时变化的工业机器人编程语言才能完成工业机器人编程工作。工业机器人编程语言目前，根据作业描述水平的高低，工业机器人编程语言可分为动作级编程语言、对象级编程语言和任务级编程语言。动作级编程语言：动作级编程语言是最低级的工业机器人编程语言。工业机器人编程语言关节级编程关节级编程是一种以工业机器人的关节为对象，在编程时给出工业机器人各关节位置的时间序列，在关节坐标系中进行编程的编程方法。末端执行器级编程末端执行器级编程是一种在工业机器人工作空间的直角坐标系中进行编程的方法。工业机器人编程语言对象级编程语言对象级编程语言是描述操作对象（作业物体本身动作）的语言。它不需要描述工业机器人末端执行器的运动，只需要编程人员用程序描述出作业本身的顺序过程和环境模型，即描述操作对象与操作对象之间的关系，工业机器人通过编译程序就能知道如何动作。工业机器人编程语言任务级编程语言任务级编程语言是一种比前两类编程语言更高级的编程语言，也是最理想的工业机器人高级编程语言。这类编程语言不需要用工业机器人的动作描述作业任务，也不需要描述工业机器人操作对象的中间状态的过程。工业机器人编程语言只需要按照某种规则描述工业机器人操作对象的初始状态和最终目标状态，工业机器人语言系统可利用已有环境信息、知识库、数据库自动进行推理、计算，从而自动生成工业机器人的动作顺序和数据。例如，一台生产线上的装配机器人欲完成轴和轴承的装配，轴承的初始位置和装配后的目标位置已知，当生产线控制系统发出抓取轴承的命令时，装配机器人在初始位置选择恰当的姿态抓取轴承，语言系统在初始位置和目标位置之间寻找路径。工业机器人编程语言在复杂的作业环境中找出一条不会与周围障碍物发生碰撞的合适路径，装配机器人沿此路径运动到目标位置。在此过程中，作业中间状态的作业方案的设计、工序的选择、动作的前后安排等一系列问题都由计算机自动完成。工业机器人编程语言关节级编程是一种以工业机器人的关节为对象，在编程时给出工业机器人各关节位置的时间序列，在关节坐标系中进行编程的编程方法。但可以相信的是，随着人工智能技术及数据库技术的发展，任务级编程语言必将取代其他编程语言成为工业机器人编程语言的主流。工业机器人编程语言工业机器人语言系统结构工业机器人语言系统包括硬件、软件和被控设备。如工业机器人编程语言、工业机器人控制柜、工业机器人、作业对象、周围环境和外围设备等。工业机器人编程语言工业机器人语言系统如图5-2所示，图中的箭头表示信息的流向。工业机器人编程语言工业机器人语言是一种操作人员与工业机器人之间记录信息或交换信息的程序语言。它作为一种专用语言，用于给出作业指示和动作指示，处理系统根据上述指示控制工业机器人系统运行，提供了一种解决人机通信问题的方法。工业机器人编程语言工业机器人语言系统不仅包括语言，还包括语言的处理过程。它支持工业机器人编程，可以用于控制外围设备、传感器和人机接口，并且支持各种通信方式。工业机器人语言操作系统包括3个基本操作状态：监控状态、编辑状态和执行状态。工业机器人编程语言工业机器人编程语言基本功能工业机器人编程语言的基本功能包括运算功能、决策功能、通信功能等。这些基本功能都通过工业机器人系统软件实现。工业机器人编程语言运算功能运算功能是工业机器人编程语言最重要的功能之一。没有安装传感器的工业机器人，可能不需要对工业机器人程序进行运算，但是它只是一台适于编程的数控机器，安装了传感器的工业机器人可以进行的最有用的运算是解析几何运算，这些运算结果可以使工业机器人自行决定下一步把末端执行器置于何处。工业机器人编程语言决策功能工业机器人语言系统可以根据传感器的输入信息做出决策，不用进行任何运算。通信功能工业机器人控制系统与操作人员之间的通信能力，可使工业机器人从操作人员处获取需要的信息，并提示操作人员下一步要做什么，也可使操作人员知道工业机器人打算做什么。工业机器人编程语言运动功能工业机器人编程语言最基本的一个功能就是可以描述工业机器人的运动。通过使用工业机器人语言中的运动语句，操作人员可以建立轨迹规划程序与轨迹生成程序之间的联系。工业机器人编程语言工具指令功能工具控制指令通常是由闭合某个开关或继电器触发的。而开关和继电器又可能接通或断开电源，直接控制工具运动，或给电子控制器发送一个小功率信号，让电子控制器去控制工具。工业机器人编程语言传感数据处理功能工业机器人编程语言的一个极其重要的功能是传感数据处理功能。工业机器人语言系统可以提供一般的决策结构，如“if…then…else"、"case…"“do…until…”和“while…do…”等，以便工业机器人语言系统根据传感器的信息控制程序的流程。工业机器人编程语言工业机器人编程基本要求目前工业机器人常用的编程方法有在线示教编程、离线编程和自主编程。一般在调试阶段，可以通过示教器对编译好的程序进行逐步执行、检查、修正，等程序完全调试成功后，可正式投入使用。工业机器人编程语言不管使用何种语言，都要求工业机器人的编程过程能够通过语言进行程序的编译，从而把工业机器人的源程序转换成机器码。以便工业机器人控制系统能直接读取和执行程序。在一般情况下，工业机器人编程的基本要求包括以下几点。工业机器人编程语言建立世界坐标系及其他坐标系在进行工业机器人编程时，需要描述物体在三维空间中的运动方式。为了便于描述，需要给工业机器人及其系统中的其他物体建立一个基础坐标系，这个基础坐标系被称为世界坐标系。工业机器人编程语言描述工业机器人作业情况对工业机器人作业情况的描述与工业机器人环境模型、编程语言水平有关。现有的工业机器人语言需要给出作业顺序，由语法和词法定义输入语句，并由作业顺序描述整个作业过程。工业机器人编程语言描述工业机器人运动描述工业机器人运动是工业机器人编程语言的基本功能之一。操作人员可以运用语言中的运动语句控制路径规划器，路径规划器允许操作人员规定路径上的点及目标点，操作人员可以决定是否采用点插补运动或直线运动，还可以控制工业机器人的运动速度或运动持续时间。工业机器人编程语言用户规定执行流程与一般的计算机编程语言相同，工业机器人编程系统允许用户规定执行流程。包括转移、循环、调用子程序、中断及程序试运行等。工业机器人编程语言良好的编程环境与计算机编程语言相同，大多数工业机器人编程语言具有中断功能。以便在程序开发和调试过程中每次只执行一条单独语句，一个良好的编程环境有助于提高程序员的工作效率。工业机器人编程语言02工业机器人编程方式及编程技术发展趋势在线示教编程在线示教编程通常是由操作人员通过示教器控制末端执行器到达指定位姿。记录工业机器人位姿数据并编写工业机器人运动指令，完成工业机器人在正常加工轨迹规划、位姿等关节数据信息的采集和记录。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势经过示教后，工业机器人在实际运行时将使用示教过程中保存的数据，经过插补运算，就可以再现在示教点上记录的工业机器人位置。在线示教编程的用户接口是示教器键盘，操作人员通过操作示教器，向工业机器人的控制器发送控制指令。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势然后，控制器通过运算，完成对工业机器人的控制。最后，工业机器人的运动信息和状态信息也会通过控制器的运算显示在示教器上。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势操作人员利用示教器进行在线示教编程如图5-3所示。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势自主编程随着编程技术的发展，各种跟踪测量传感技术日益成熟。人们开始研究以焊缝的测量信息为反馈，由计算机控制焊接机器人进行路径规划的自主编程技术。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势基于激光结构光的自主编程基于激光结构光的自主编程如图5-4所示。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势基于双目视觉的自主编程引导工业机器人按优化拣选要求自动生成工业机器人末端执行器的位姿参数，如图5-5所示。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势多传感器信息融合的自主编程多传感器信息融合的自主编程（见图5-6）能够根据视觉传感器、力传感器等多种传感器反馈的综合数据，规划自主轨迹，从而完成动作轨迹。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势编程技术发展趋势随着视觉技术、传感技术、智能控制、互联网技术、信息技术、增强现实技术及大数据技术的发展。未来工业机器人编程技术将会发生根本的变革，主要表现在以下几个方面。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势01编程将会变得简单、快速、可视、模拟和仿真。03工业机器人编程技术基于互联网技术将实现编程的网络化、远程化、可视化。02工业机器人编程技术基于传感技术、信息技术、大数据技术可以感知、辨识、重构环境和工件等的CAD模型，自动获取加工路径的几何信息。工业机器人编程方式及编程技术发展趋势工业机器人编程技术基于增强现实技术将实现离线编程和