机器人技术及应用课件项目7-kuka机器人

项目七KUKA工业机器人

知识链接7.1认识KUKA机器人7.2KUKA机器人的基本操作7.3KUKA机器人常用指令7.1

认识KUKA机器人

库卡（KUKA）机器人有限公司是世界领先的工业机器人制造商之一。库卡工业机器人主要应用于物料搬运、加工、材料处理、机床装料、装配、包装、堆垛、焊接、表面修整等领域。

KUKA机器人的用户包括：通用汽车、克莱斯勒、福特、保时捷、宝马、奥迪、奔驰、大众、波音、西门子、可口可乐等众多企业。7.1.1KUKA机器人简介KUKA机器人

德国库卡（KUKA）公司成立于1898年，自1977年开始系列化生产各种用途的机器人，是世界上顶级工业机器人制造商之一。KUKA提供众多具有不同负载能力和工作范围的工业机器人机型。包括负载量从3千克至1000千克的标准工业6轴机器人以及一些特殊应用机器人，机械臂工作半径从635毫米到3900毫米。

图7-1KUKA机器人KUKA机器人的编程方法

KUKA机器人使用KRL（KUKARobotLanguage）编程语言进行编程。(1) 示教编程在作业现场，机器人操作者利用库卡smartPAD示教盒进行在线示教编程。(2) 离线编程使用KUKASim软件进行离线编程，既在不连接机器人的情况下利用计算机软件进行机器人轨迹规划。(3) 文字编程文字编程是借助于smartPAD界面在上级操作PC上的显示编程。7.1.2KUKA机器人的组成KUKA机器人系统一般由机器人控制系统KRC4（图7-2①）、机器人本体（图7-2②）和KUKA手持操作和编程器smartPAD（图7-2③）三部分组成。

图7-2KUKA机器人系统的组成1. KUKA机器人机械系统机器人本体，通常也称之为机械手臂或者机械手。它由众多活动的、相互连接在一起的关节（轴）组成，也称之为运动链。从机器人足部到法兰共有6各轴，编号分别为A1~A6。其中，A1~A3为机器人的主轴，主要确定机器人末端在空间的位置，A4~A6轴式机器人的腕部轴，主要确定机器人末端在空间的姿态，如图7-3所示。图7-2KUKA机器人系统的组成2. KUKA机器人控制系统KUKA机器人机械系统由伺服电机控制运动，而该电机则由KRC4控制系统控制，是机器人的“大脑”。它包括机器人控制系统、流程控制系统、安全控制系统、运动控制系统和总线系统等。7.1.2KUKA机器人的坐标系KUKA机器人的控制系统中，定义了世界坐标系（WORLD）、机器人足部坐标系（ROBROOT）、基坐标系（BASE）、法兰坐标系（FLANGE）和工具坐标系（TOOL）五种坐标系，如图7-4所示。

图7-4KUKA机器人的坐标系7.2

KUKA机器人的基本操作7.2.1KUKA机器人示教器KCP的使用1．KUKAsmartPADKUKA机器人的示教器即手持操作器（KUKAsmartPAD），也称为KCP，如图7-5所示。通过它可以对操作环境进行设置，对工艺动作进行示教编程。它具有工业机器人操作和编程所需的各种操作和显示功能图7-5KUKA机器人smartPAD2.smartHMIKCP上的人机交互操作与控制界面称为smartHMI，可使用手指或指示笔在其范围内进行操作，无需外部鼠标和键盘。

图7-6smartHMI操作界面3. KUKA机器人的手动操纵机器人只允许在运行模式T1（手动慢速运行）下手动运行，手动运行速度最高为250mm/s，运行模式可通过在KCP上转动钥匙开关调出连接管理器进行设置。手动运行机器人时，必须按下确认开关（使能键），，并保持在中间位置，方可启动机器人。此时驱动装置显示状态为字母“I”，且六轴代表字母显示为绿色，机器人处于电机开启状态。若完全按下（用力按下）确认开关，将出现信息提示“安全停止”，机器人处于防护装置停止状态。

7.2.2单独运动机器人的各轴KUKA机器人的每根轴可以逐个沿正向和负向单独运动，为此需要使用移动键或者KUKAsmartPAD的6D鼠标。仅在T1运行模式下才能手动移动，运动速度可以更改（手动速度：HOV）。可以是连续运动，也可是增量式的。运动过程中确认开关必须保持在中间位置。只要一按移动键或6D鼠标，机器人轴的调节装置便启动。

7.2.3机器人在世界坐标系下运动在世界坐标系中可以两种不同的方式移动机器人：沿坐标系的坐标轴方向平移（直线）：X、Y、Z；环绕着坐标系的坐标轴方向转动（旋转/回转）：角度C、B和A。通过6D鼠标可以使机器人的运动变得直观明了，因此是在世界坐标系中进行手动移动时的不二之选。鼠标位置和自由度两者均可更改。平移：按住并拖动6D鼠标。转动：转动并摆动6D鼠标。7.2.4建立、更改和运行程序1．KUKA机器人程序结构一个完整的KUKA机器人程序（KRL程序）基本结构如图7-9所示，包括程序名定义、程序初始化、程序主体、程序结束四个部分。“DEF程序名()”始终出现在程序开头，“END”表示程序结束。“INI”行包含内部变量和参数初始化的内容，必须最先运行！程序主体包括PTP、LIN、等待、逻辑等指令，详见7.3节。图7-9KUKA机器人程序结构2．创建和编辑机器人程序机器人程序模块应始终保存在文件夹“Program”中，也可建立新的文件夹并将程序模块存放在那里。对已选定或已打开的程序，在运行方式T1、T2或AUT下，可以进行添加、更改指令或删除程序行等编辑动作。3．选择和运行机器人程序对于编程控制的机器人运动，KUKA机器人提供多种程序运行方式。包括GO、MSTEP、ISTEP。执行一个机器人程序，须事先将其选中，然后运行程序。smartPad界面顶部的字母“R”表示程序状态。7.3

KUKA机器人常用指令7.3.1运动指令1. PTPPTP（Point-To-Point）运动，即点到点运动，机器人按轴坐标沿最快的轨道将TCP从起始点引至目标点。2. LINLIN（Linear）运动，即线性运动，机器人沿一条直线以定义的速度将TCP引至目标点。3. CIRCCIRC（Circular）运动，即圆弧运动，机器人沿圆形轨道以定义的速度将TCP移动至目标点。7.3.2逻辑指令1．OUT指令OUT指令用于在程序中的某个位置上关闭输出端。KUKA机器人控制系统最多可管理4096个数字输出端，可按用户要求配置。2.WAITFOR指令WAITFOR指令用于与信号有关的等待功能。控制系统在此等待信号：输入端IN，输出端OUT，定时信号TIMER，控制系统内部的存储地址（标记/1比特内存）FLAG或者CYCFLAG等。3.WAIT指令WAIT指令用于与时间相关的等待功能，控制器根据输入的时间在程序中该位置上等待。7.3.3其他常用指令1. 循环指令循环指令用于重复程序指令，不允许从外部跳入循环结构中。循环可以互相嵌套。循环类型有无限循环、计数循环和条件循环2. 分支指令条件性分支（IF语句）由一个条件和两个指令部分组成。如果满足条件，则处理第一个指令。如果未满足条件，则执行第二个指令。SWITCH分支语句是一个分配器或多路分支。首先分析一个表达式。然后，该表达式的值与一个案例段(CASE)的值进行比较。值一致时执行相应案例的指令任务实训任务7.1工具坐标系的测量任务7.2基坐标系的测量任务7.2工件搬运示教编程任务7.1工具坐标系的测量、任务目标1. 掌握工具坐标系原点（TCP）的测量方法；2. 掌握工具坐标系姿态的测量方法。任务7.1工具坐标系的测量二、任务准备工具测量包括：TCP（坐标系原点）的测量、坐标系姿态/朝向的测量。工具坐标系的原点（TCP）的确定常用XYZ4点法或XYZ参照法。工具坐标系姿态的确定常用ABC世界坐标法或ABC2点法。任务7.1工具坐标系的测量三、任务实施“XYZ4点法”测量TCP原点

为待测量的工具给定一个号码和一个名称。用TCP从四个不同方向朝参照点移动，并进行测量。保存TCP测量结果。任务7.1工具坐标系的测量2.“ABC世界坐标系”测量TCP姿态将+X工具坐标调整至平行于-Z世界坐标的方向，进行测量。任务7.2基坐标系的测量、任务目标掌握基坐标系测量方法。任务7.2基坐标系的测量二、任务准备基坐标系测量表示根据世界坐标系在机器人周围的某一个位置上创建坐标系。其目的是使机器人的运动以及编程设定的位置均以该坐标系为参照。设定的工件支座和抽屉的边缘、货盘或机器的外缘均可作为基准坐标系中合理的参照点。基坐标系的测量分两个步骤；确定坐标原点，定义坐标方向。任务7.2基坐标系的测量三、任务实施“3点法”测量基坐标系创建新的基坐标，给定一个号码和一个名称。任务7.2基坐标系的测量2.基坐标系的原点测量用TCP移到新基坐标系的原点，进行测量。任务7.2基坐标系的测量3.基坐标系的方向测量将TCP移至新基坐标系正向X轴上的一个点，进行测量。将TCP移至XY平面上一个带有正Y值的点，进行测量。任务7.3工件搬运示教编程、任务目标1. 掌握KUKA机器人运动指令的使用；2. 掌握KUKA机器人逻辑指令的使用。任务7.3工件搬运示教编程二、任务准备对KUKA机器人进行在线编程将红、蓝、黄三色工件用吸盘工具依次搬运到另一侧平台的相同位置。1. 运动指令：PTP（点到点运动）、LIN（直线运动）2. 逻辑指令：OUT（吸盘吸取工件）、WAIT（等待时间）任务7.3工件搬运示教编程三、任务实施新建程序模块将机器人TCP移动到第一个红色工件正上方约5cm处，添加PTP指令任务7.3工件搬运示教编程3.将机器人TCP移动到第一个红色工件正上方，使吸盘与工件接触，添加LIN指令4.添加OUT指令，设置为TRUE，吸取工件任务7.3工件搬运示教编程5.将机器人TCP移