工业机器人控制器：Universal Robots UR Controller：UR控制器基本操作与安全规范

工业机器人控制器：UniversalRobotsURController：UR控制器基本操作与安全规范1UR控制器简介1.1UR控制器的历史UniversalRobots（UR）是一家丹麦公司，成立于2005年，专注于开发和制造协作机器人（简称“cobots”）。UR控制器作为其机器人的核心组成部分，自公司成立以来经历了多个版本的迭代，旨在提供更高效、更安全、更易用的机器人控制解决方案。UR控制器最初的设计理念是实现人机协作，通过轻量化、灵活的机器人臂，以及直观的编程界面，使得机器人能够在工业环境中与人类工作者并肩工作，而无需复杂的隔离措施。1.1.1发展历程2008年：UR发布了第一款机器人控制器，UR5，标志着协作机器人时代的开端。2012年：UR10型号的推出，进一步扩大了UR机器人的应用范围，适用于更重负载的工业场景。2015年：UR3的发布，标志着UR机器人系列向更小、更精确的领域拓展。2017年：UR推出了e系列机器人，其控制器在安全性和易用性方面进行了重大升级，包括更先进的碰撞检测技术和更直观的编程界面。2020年：UR发布了最新的CB3控制器，支持更广泛的工业协议，增强了与外部设备的集成能力，同时在软件上提供了更多的编程选项和工具。1.2UR控制器的型号与特性UR控制器主要分为两种类型：内置控制器和CB3控制器。内置控制器通常与UR机器人臂集成在一起，而CB3控制器则是一个独立的控制箱，可以与UR机器人系列中的任何型号配合使用。1.2.1内置控制器内置控制器是UR5e、UR10e和UR16e等e系列机器人的一部分，其特点包括：紧凑设计：控制器与机器人臂集成，减少了占地面积，便于在狭小空间内部署。直观编程：通过UR的PolyScope软件，用户可以轻松地通过示教器进行编程，无需复杂的编程知识。安全功能：内置的安全功能，如力矩限制和碰撞检测，确保了人机协作的安全性。1.2.2CB3控制器CB3（CompactController3rdGeneration）是UR的最新一代独立控制器，其特性包括：模块化设计：CB3控制器采用模块化设计，便于维护和升级。增强的连接性：支持多种工业通信协议，如EtherCAT、Profinet、DeviceNet等，易于与现有生产线集成。高级编程选项：除了PolyScope软件，CB3还支持URScript编程语言，为高级用户提供了更灵活的编程环境。1.2.3特性详解1.2.3.1安全功能UR控制器的安全功能是其最突出的特点之一，包括但不限于：力矩限制：机器人在与物体或人接触时，能够自动限制施加的力，防止伤害。碰撞检测：通过实时监测机器人的运动，一旦检测到与环境的意外接触，机器人会立即停止运动。安全停止功能：在紧急情况下，机器人能够迅速停止所有运动，确保操作人员的安全。1.2.3.2编程与控制UR控制器提供了多种编程和控制选项，以适应不同的用户需求：PolyScope软件：UR的图形化编程界面，用户可以通过拖拽操作轻松创建机器人程序。URScript编程语言：一种基于C语言的脚本语言，允许用户进行更复杂的编程，如自定义逻辑和算法。1.2.3.3通信与集成UR控制器支持多种通信协议，便于与外部设备和系统集成：EtherCAT：高速实时以太网通信协议，用于与高速设备的集成。Profinet：工业以太网通信标准，广泛用于自动化领域。DeviceNet：一种用于工业自动化设备的现场总线协议。1.3示例：URScript编程下面是一个使用URScript编程语言控制UR机器人移动到特定位置的示例代码：#定义目标位置

target_pose=[0.2,0.3,0.4,0,3.14,0]

#移动到目标位置

movej(target_pose,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#等待机器人到达目标位置

waitdi("robot_reached_target",1,10)1.3.1代码解释target_pose：定义了机器人目标位置的坐标，包括x、y、z位置和三个旋转角度。movej：这是一个关节空间移动指令，参数a表示加速度，v表示速度，t表示时间，r表示半径。此指令将机器人移动到target_pose定义的位置。waitdi：这是一个等待数字输入指令，等待名为robot_reached_target的输入信号变为1，超时时间为10秒。这通常用于确保机器人已经到达目标位置。1.4结论UR控制器通过其历史发展、型号特性以及安全、编程和通信功能，为工业自动化领域提供了强大的支持。无论是对于需要快速部署的生产线，还是对于寻求高级编程和控制选项的工程师，UR控制器都能提供合适的解决方案。通过URScript编程语言，用户可以实现对机器人更精细的控制，满足复杂工业应用的需求。2工业机器人控制器：UniversalRobotsURController2.1UR控制器基本操作2.1.1开机与关机步骤2.1.1.1开机步骤确保机器人控制器和所有连接的设备都已正确连接。将机器人控制器的电源开关置于“ON”位置。等待控制器启动，直到控制面板显示主界面。解锁机器人，通过按下控制面板上的“解锁按钮”并按照屏幕指示操作。2.1.1.2关机步骤在控制面板上，选择“关闭系统”选项。确认关闭操作，等待系统完全关闭。将电源开关置于“OFF”位置。断开所有连接的设备。2.1.2控制面板的使用控制面板是UR控制器的核心界面，用于操作和编程机器人。它包括以下主要部分：状态栏：显示机器人的当前状态，如运行模式、程序状态等。主菜单：提供访问所有功能的入口，包括程序编辑、系统设置等。示教器：用于手动移动机器人，设置点位，以及编程。程序编辑器：编写和编辑机器人程序的界面。2.1.3编程界面的介绍UR控制器的编程界面基于URScript，这是一种专为UR机器人设计的编程语言。编程界面允许用户创建、编辑和运行程序，包括以下功能：程序创建：通过点击“新建程序”开始创建新的机器人程序。程序编辑：使用URScript编写程序，控制机器人的运动和操作。程序运行：选择“运行程序”来执行已编写的程序。2.1.4基本运动指令的使用URScript提供了多种运动指令，用于控制机器人的精确运动。以下是几种常用的基本运动指令：2.1.4.1movej关节运动movej指令用于控制机器人以关节运动的方式移动到指定位置。#将机器人移动到关节位置[0,-pi/2,0,-pi/2,0,0]

movej([0,-pi/2,0,-pi/2,0,0])2.1.4.2movel线性运动movel指令用于控制机器人以线性运动的方式移动到指定位置，保持TCP点的直线路径。#将机器人TCP点线性移动到位置[0.5,0,0.5]，姿态[pi/2,0,pi/2]

movel(p=[0.5,0,0.5],a=pi/2,v=0.5,r=0)2.1.4.3movec圆弧运动movec指令用于控制机器人以圆弧运动的方式移动到指定位置，通过一个中间点定义圆弧路径。#将机器人TCP点圆弧移动到位置[0.5,0.5,0.5]，姿态[pi/2,0,pi/2]，通过中间点[0.5,0,0.5]

movec(p1=[0.5,0,0.5],p2=[0.5,0.5,0.5],a=pi/2,v=0.5,r=0)2.1.5安全规范在操作UR控制器时，安全是首要考虑。以下是一些基本的安全规范：操作前检查：确保机器人工作区域内没有人员或障碍物。紧急停止：熟悉紧急停止按钮的位置，一旦发生危险立即按下。速度限制：在编程时，设置合理的速度和加速度，避免过快的运动。安全设置：启用安全功能，如碰撞检测和力矩限制。通过遵循上述操作步骤和安全规范，可以有效地使用UR控制器进行工业机器人的操作和编程，同时确保工作环境的安全。3UR控制器安全规范3.1安全启动程序3.1.1原理安全启动程序是确保UniversalRobots(UR)控制器在启动时能够识别所有连接的设备并进行必要的安全检查，以防止任何潜在的危险。这一过程包括了硬件自检、软件初始化以及安全功能的激活。3.1.2内容硬件自检：控制器会检查所有硬件组件，包括电机、传感器和安全装置，确保它们处于正常工作状态。软件初始化：加载操作系统的内核，初始化所有软件模块，包括通信协议和控制算法。安全功能激活：启用安全限制，如速度限制、力矩限制和碰撞检测，确保机器人在安全参数内运行。3.2紧急停止与重启3.2.1原理紧急停止功能允许在任何危险情况下立即停止机器人操作，而重启程序则是在紧急停止后，按照安全规程重新启动机器人，确保所有安全功能被正确激活。3.2.2内容紧急停止：通过按下控制器上的紧急停止按钮或外部紧急停止开关，机器人立即停止所有运动，进入安全状态。重启程序：确认所有危险已解除。重置紧急停止按钮。执行安全启动程序，包括硬件自检和软件初始化。3.3安全设置与参数调整3.3.1原理安全设置与参数调整是根据工作环境和任务需求，对UR控制器的安全参数进行个性化配置，以确保机器人操作的安全性和效率。3.3.2内容速度限制：设置机器人的最大运行速度，以减少潜在的碰撞风险。力矩限制：定义机器人在接触外部物体时的最大力矩，防止对操作人员或设备造成伤害。碰撞检测：调整碰撞检测的灵敏度，确保在发生轻微接触时机器人能够及时停止。3.3.3示例代码#设置UR控制器的速度限制

speed_limit=0.5#m/s

robot.set_speed_limit(speed_limit)

#设置力矩限制

torque_limit=50#Nm

robot.set_torque_limit(torque_limit)

#调整碰撞检测灵敏度

collision_sensitivity=5#1-10,10为最灵敏

robot.set_collision_sensitivity(collision_sensitivity)3.4安全操作模式的解释3.4.1原理UR控制器提供了多种安全操作模式，每种模式都有其特定的安全特性，适用于不同的工作场景。3.4.2内容手动模式：机器人只能通过示教器或手动引导进行操作，速度受限，确保操作人员的安全。自动模式：机器人按照预设程序自动运行，需要在安全围栏内操作，且所有安全功能必须激活。自动+模式：允许机器人在更开放的环境中运行，但需要额外的安全措施，如安全传感器和防护装置。3.5与UR控制器相关的安全标准3.5.1原理UR控制器的设计和操作必须符合国际和行业安全标准，以确保其在各种工业环境中的安全使用。3.5.2内容ISO10218：机器人和机器人系统的安全标准，包括设计、安装和操作的安全要求。ISO/TS15066：协作机器人安全标准，定义了与人类协作时的安全要求和评估方法。EN775-1：欧洲安全标准，适用于工业机器人控制器，包括电气安全和机械安全要求。3.5.3结论遵循上述安全规范和操作模式，可以有效提升UR控制器在工业应用中的安全性，保护操作人员和设备免受伤害。在实际操作中，应定期检查和调整安全参数，确保机器人始终在安全的条件下运行。4实践操作指南4.1示例1:示教器的使用技巧4.1.11熟悉示教器界面示教器是UniversalRobotsUR控制器的关键组成部分，用于编程、操作和监控机器人。其界面直观，通过触摸屏操作，包含以下主要区域：主菜单：访问所有功能的入口。程序编辑器：编写和编辑机器人程序。状态栏：显示机器人当前状态和警告信息。控制面板：用于手动移动机器人和控制程序运行。4.1.22手动移动机器人手动移动机器人是示教器的基本功能之一，通过以下步骤实现：选择移动模式：在控制面板中，选择“关节”或“线性”移动模式。使用箭头按钮：通过箭头按钮，可以精确控制机器人的移动方向和速度。设置速度：在“设置”菜单中，调整机器人的移动速度，确保安全操作。4.1.33编程示例示教器支持直接在机器人上编写程序，以下是一个简单的示例，用于控制机器人执行一个点到点的移动：#程序示例：点到点移动

defmove_to_point():

p1=[0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6]#目标点位置

speed=0.1#移动速度

acc=0.1#加速度

movej(p1,a=acc,v=speed,t=0,r=0)#使用关节移动指令

#调用函数

move_to_point()4.1.3.1解释movej函数用于关节移动，参数p1定义了目标位置，speed和acc分别控制移动速度和加速度。4.2示例2:常见故障排除4.2.11诊断工具示教器内置诊断工具，帮助识别和解决常见问题。通过“状态”菜单，可以查看：错误代码：提供故障的具体信息。警告信息：显示可能影响机器人性能的警告。4.2.22故障示例：机器人无法启动如果机器人无法启动，可能的原因包括：电源问题：检查电源连接是否正常。紧急停止按钮：确认紧急停止按钮是否被触发。安全设置：检查安全设置是否阻止机器人启动。4.2.2.1解决步骤检查电源：确保机器人和所有外围设备的电源连接无误。复位紧急停止：如果紧急停止按钮被触发，按照示教器上的指示进行复位。调整安全设置：如果安全设置过于严格，适当调整，确保符合操作需求。4.3示例3:维护与保养建议4.3.11定期检查定期检查机器人和控制器，确保其处于最佳工作状态。检查项目包括：机械部件：检查机器人臂、关节和末端执行器的磨损情况。电气连接：确保所有电缆和连接器无损坏。软件更新：定期更新机器人软件，以获取最新功能和安全补丁。4.3.22清洁与润滑清洁：使用干净的布定期清洁机器人表面，避免使用腐蚀性清洁剂。润滑：根据制造商的建议，定期对机器人关节进行润滑。4.3.33数据备份定期备份机器人程序和设置，以防数据丢失。通过示教器的“文件”菜单，可以将数据保存到USB设备或网络位置。#数据备份命令示例

robot_data_backup.sh4.3.3.1解释上述命令是一个示例，实际操作中，应使用UR控制器提供的数据备份功能或脚本。通过以上实践操作指南，可以有效提升UniversalRobotsUR控制器的使用效率，确保操作安全，延长设备寿命。5案例研究与应用5.1UR控制器在汽车行业的应用在汽车行业，UniversalRobots(UR)的控制器因其灵活性和安全性，被广泛应用于各种自动化任务中。UR控制器能够与汽车生产线上的其他设备无缝集成，实现从组装到质量控制的自动化流程。5.1.1实例：车门组装自动化假设在一家汽车制造厂，UR控制器被用于车门组装的自动化。车门组装包括多个步骤，如安装车窗、门把手、锁具等。UR控制器通过其编程接口，可以精确控制机器人执行这些任务，提高生产效率和一致性。5.1.1.1控制器编程示例#导入UR控制器编程库

importurx

#连接到UR控制器

robot=urx.Robot("192.168.1.100")

#定义车门组装的起点和终点位置

start_pos=[0.3,0.2,0.1,0,0,0]

end_pos=[0.3,0.2,0.5,0,0,0]

#控制机器人移动到起点位置

robot.movej(start_pos)

#执行车门组装动作

#假设组装动作包括一系列的关节角度调整

assembly_steps=[

[0.3,0.2,0.15,0,0,0],

[0.3,0.2,0.4,0,0,0],

[0.3,0.2,0.5,0,0,0]

]

forstepinassembly_steps:

robot.movej(step)

#移动到终点位置

robot.movej(end_pos)

#断开与UR控制器的连接

robot.close()5.1.2安全规范在汽车行业中使用UR控制器时，必须遵循严格的安全规范，以确保操作人员的安全。UR控制器内置的安全功能，如碰撞检测和速度限制，可以有效防止意外事故的发生。5.2UR控制器在电子制造中的实践电子制造业对精度和速度有极高的要求，UR控制器能够满足这些需求，通过精确控制机器人完成微小电子元件的组装和测试。5.2.1实例：电路板组装在电路板组装过程中，UR控制器可以控制机器人精确地放置和焊接电子元件，如电阻、电容和芯片。这不仅提高了组装的精度，也大大减少了人工操作的错误率。5.2.1.1控制器编程示例#导入UR控制器编程库

importurx

#连接到UR控制器

robot=urx.Robot("192.168.1.100")

#定义电路板组装的起点和终点位置

start_pos=[0.1,0.1,0.1,0,0,0]

end_pos=[0.1,0.1,0.2,0,0,0]

#控制机器人移动到起点位置

robot.movej(start_pos)

#执行电路板组装动作

#假设组装动作包括一系列的关节角度调整

assembly_steps=[

[0.1,0.1,0.12,0,0,0],

[0.1,0.1,0.14,0,0,0],

[0.1,0.1,0.16,0,0,0]

]

forstepinassembly_steps:

robot.movej(step)

#移动到终点位置

robot.movej(end_pos)

#断开与UR控制器的连接

rob