工业机器人技术基础及应用教案Word格式文档下载.docx
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通过观看工业机器人应用视频，提出工业机器人发展、组成、应用、特点等知识。
本节重点：
了解机器人发展，掌握机器人分类及组成，学会机器人示教器配置，按照小组（2人）方式进行，布置任务，完成任务后在课程平台提交本单元的相关任务。
第一步：
提出问题：
1、工业机器人应用的领域非常的广泛，对于工业机器人大家了解吗？
提出工业机器人发展、组成、应用领域、特点等基本内容。
第二步：
自主学习
学生根据教材的内容和视频资料等资料，进行自主学习，
记录在学习过程中存在的问题,并进行小组和老师的讨论。
（对媒体辅助法、讨论法）
（1）工业机器人发展
起源于美国——发展在日本（安川、发那科）——应用在中国常见的2种应用机器人工作站、机器人生产线。
（2）工业机器人组成
本体、驱动器、控制器、末端执行器
（3）工业机器人应用
现阶段工业机器人应用领域大致可以分为抛光打磨、清洗、装配、切割、喷涂/涂胶、机床上下料、码垛/搬运、焊接、铸造业、橡胶/塑料、分拣、整车厂等。
工业机器人在汽车行业应用时可以细致的划分为冲压、焊装、涂装、总装四大领域；
（4）工业机器人分类
从最直观的关节数与结构为例对工业机器人分为：
串联六关节机器人、并联三/四关节机器人（Delta）、水平四关节机器人（SCARA）、七关节机器人（喷涂、协作）。
（5）工业机器人特点
优点：
机器人和自动化技术在多数情况下可以提高生产率，安全性，效率，产品质量和产品的一性；
机器人可以在危险的环境下工作，而无需考虑生命保障或安全的需要；
机器人无需舒适的环境，例如考虑照明，空调，通风以及噪音隔离等。
机器人能不知疲倦，不知厌烦地持续工作，他们不会有心理问题，做事不拖沓，不需要医疗保险或假期；
机器人除了发生故障或磨损外，将始终如一地保持精确度；
机器人具有比人高得多的精确度。
机器人和其附属设备及传感器具有某些人类所不具备的能力；
机器人可以同时响应多个激励或处理多项任务，而人类只能响应一个现行激励。
缺点：
机器人替代了工人，由此带来经济和社会问题；
机器人缺乏应急能能力，除非该紧急情况能够预知并已在系统中设置了应对方案，否则不能很好地处理紧急情况。
需要有安全措施来确保机器人不会伤害操作人员以及与他一起工作的机器（设备）。
机器人尽管在一定情况下非常出众，但其能力在自由度、灵巧度、传感器能力视觉系统、实时响应
（6）示教器配置
第三、四步：
任务设计与实施（多媒体辅助法，讨论法）
（1）在网上下载robotstudio软件
（2）安装软件；
（3）配置示教器；
（4）把示教器页面变为中文格式。
第五步：
反馈评价
各组上交任务书，并进行小组汇报（由老师随即进行抽查），最后老师进行总结，提出本次任务在执行中的优点和存在的共性问题，提醒大家注意，同时布置下节课内容，要求学生自己观看视频资料。
工业机器人工件坐标系建立
掌握机器人工件数据的意义及建立步骤。
能利用机器人进行示教板工件数据的建立，并进行验证
工件数据的建立工具数据的含义
工件坐标系建立
工业机器人视频教程 工业机器人仿真软件
焊枪工具数据建立几点法？
工业机器人工件坐标系建立
任务书
通过观看示教板零件编程的视频，提出当把工件移动后，不需要改变程序，能否继续完成示教板图形的编程，提出工件数据建立的重要性。
掌握工件数据的含义，学会采用机器人对示教板进行工件数据的建立，并编写示教板零件程序，进行工件数据的验证，按照小组（2人）方式进行，布置任务，完成任务后在课程平台提交本单元的相关任务。
1、如果示教板上编写的程序在不变的情况下，移动示教板零件，图形是否会不变，提出为什么要建立工件坐标系，怎么建立。
（1）工件坐标wobjdata的含义
工件坐标wobjdata是工件相对于大地坐标或其他坐标的位置。
工业机器人可以拥有若干工件坐标系，或者表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干副本。
工业机器人进行编程时就是在工件坐标中创建目标和路径。
利用工件坐标系进行编程序，重新定位工作站中的工件时，只需要更改工件坐标的位置，所有路径将即刻随之更新；
允许操作以外轴或传送导轨移动的工件，因为整个工件可连同其路径一起移动。
如图4-10所示，A是机器人的大地坐标，为了方便编程，给第一个工件建立了一个工件坐标B，并在这个工件坐标B中进行轨迹编程。
如果在工作台 上还有一个相同的工件需
要相同轨迹， 只需建立工件坐标C，将工
件坐标B中的 程序复制一份，然后将工
件坐标从B更 新为C，无需重复轨迹编程。
如果在工件坐标B中对A对象进行了轨迹编程，当工件坐标的位置变化成工件坐标D后，只需在机器人系统重新定义工件坐标D，则工业机器人的轨迹就自动更新到C了，不需要再次轨迹编程了，如图4-11所示。
在对象的平面上，只需要定义三个点，就可以建立一个工件坐标，如图4-12
所示。
X1点确定工件坐标的原点；
X1、X2点确定工件坐标X正方向Y1确定工件坐标Y正方向。
建立的工件坐标符合图4-13所示右手定则。
（第三、四步：
（1）第1步：
在手动操纵画面中，选择“工件坐标”（工具坐标需要选择当前使用工具的坐标系）。
（2）第2步：
单击左下角“新建”按钮。
（3）第3步：
对工件坐标数据属性进行设定后，单击“确定”
（4）第4步：
通过抓取示教板三个点进行工件数据的设置。
各组上交任务书，并进行小组汇报（由老师随即进行抽查），最后老师进行总结，提出本次任务在执行中的优点和存在的共性问题，提醒大家注意，同时布置下节课内容，要求学生自己观看视频资料。
RAPID程序及基本指令
掌握RAPID程序结构，掌握程序的调试过程及最基本指令的应用。
能进行机器人编程及运行。
掌握RAPID程序的结构
掌握程序的调试
RAPID程序的结构
转数计数器更新的步骤？
RAPID程序及基本指令
通过观看机器人运动路径，提出工业机器人编程采用的语言，提出常见的指令。
掌握RAPID程序的基本结构，学会使用常用的指令，按照小组（2人）方式进行，布置任务，完成任务后在课程平台提交本单元的相关任务。
工业机器人在运动过程中，是通过执行一些程序才可以的，这些程序就是指令，而指令是有要求，有格式的，这就是这节课要讲到的RAPID程序，他们工业机器人控制和运动的基础。
学生根据教材的内容和视频资料等资料，进行自主学习，记录在学习过程中存在的问题,并进行小组和老师的讨论。
RAPID程序中包含了一连串控制机器人的指令，执行这些指令可以实现对
ABB工业机器人的控制操作。
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是一种英文编程语言，所包含的指令可以移动机器人、设置输出、读取输入，还能实现决策、重复其他指令、构造程序、与系统操作员交流等功能。
RAPID程序的基本架构如图所示：
RAPID程序
程序模块1
程序模块2
程序模块3
程序模块4
程序数据主程序main例行程序中断程序功能
程序数据例行程序中断程序功能
…
RAPID程序的架构说明：
1）RAPID程序是由程序模块与系统模块组成。
一般地，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。
2）可以根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。
3）每一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。
（1）RAPID程序建立步骤如下：
第1步：
单击“程序编辑器”，建立RAPID程序第2步：
单击“新建”或加载已有程序。
第3步：
单击“例行程序”，查看例行程序。
第4步：
单击“后退”或“模块”按钮查看模块。
第5步：
在“模块”和“例行程序”视图中，点击“文件”按钮，“新建”建立模块或例行程序。
（2）基本RAPID程序指令
ABB工业机器人提供了多种编程指令可以完成工业机器人在焊接、码垛、搬运等各种应用。
下面将从最常用的指令开始学习RAPID编程。
1）赋值指令
赋值指令是用于对编程时的程序数据进行赋值，符号“:
=”，赋值对象是常量或数学表达式。
2）I/O控制指令
I/O控制指令用于控制I/O信号，以达到与机器人周边设备进行通信的目的。
3）WaitDI数字输入信号判断指令
WaitDI数字输入信号判断指令用于判断数字输入信号的值是否与目标一致，
di1数字输入信号。
4）WaitDO数字输出信号判断指令
WaitDO数字输出信号判断指令用于判断数字输出信号的值是否与目标一致。
5）WaitUntil信号判断指令
WaitUntil信号判断指令可用于布尔量、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
6）CompactIF紧凑型条件判断指令
CompactIF紧凑型条件判断指令用于当一个条件满足了以后，就执行一句指
令。
7）IF条件判断指令
IF条件判断指令，就是根据不同的条件去执行不同的指令。
8）FOR重复执行判断指令
FOR重复执行判断指令，是用于一个或多个指令需要重复执行次数的情况
9）WHILE条件判断指令
WHILE条件判断指令，用于在给定条件满足的情况下，一直重复执行对应的指令。
10）其他的常用指令
ProcCall调用例行程序指令
RETURN返回例行程序指令
WaitTime时间等待指令第五步：
ABB的IO通讯及标准IO板号的设置
了解ABB工业机器人的I/O板，掌握输入输出信号及板卡的定义。
能进行机器人IO板信号和单元的定义。
DSQC651板卡的定义
DSQC651信号的定义
PPT、视频
工件数据的建立？
ABB的IO通讯及标准IO板号的设置
通过观看机器人机器人抓取视频，提出机器人通讯及信号和板卡定义，提出学习的重要性。
掌握ABB工业机器人的I/O板，掌握输入输出信号及板卡的定义，能进行信号的仿真和强制，按照小组（2人）方式进行，布置任务，完成任务后在课程平台提交本单元的相关任务。
1、认识ABB工业机器人I/O通信种类
（1）ABB的标准I/O板提供的常用信号处理有数字输入DI、数字输出DO、模拟输入AI、模拟输出AO、以及输送链跟踪，在本章中会对此进行介绍。
（2）ABB工业机器人可以选配标准ABB的PLC，省去了原来与外部PLC进行通信设置的麻烦，并且在机器人示教器上就能实现与PLC相关的操作。
（3）在本章中，以最常用的ABB标准I/O板DSQC651和Profibus-DP为例，进行详细的讲解如何进行相关的参数设定。
2、认识常用ABB标准I/O板
（1）ABB标准I/O板DSQC651
DSQC651板主要提供8个数字输入信号、8个数字输出信号和2个模拟输出信号的处理。
输入地址0~7，输出地址32~39.模拟输出AO1~A02，地址0~15,16~31.
ABB标准I/O板是挂在DeviceNet网络上的，所以要设定模块在网络中的地址。
端子X5的6~12的跳线用来决定模块的地址，地址可用范围在10~63。
如果想要获得10的地址，可将第8脚和第10脚的跳线剪去，如图3-3所示，
2+8=10就可以获得10的地址。
（2）ABB标准I/O板DSQC652
DSQC652板主要提供16个数字输入信号和16个数字输出信号的处理。
3.3ABB标准I/O板——DSQC651板的配置
ABB标准I/O板DSQC651是最为常用的模块，下面以创建数字输入信号DI、数字输出信号DO、组输入信号GI、组输出信号GO和模拟输出信号AO为例做一个详细的讲解。
（3）定义DSQC651板的总线连接
ABB标准I/O板都是下挂在DeviceNet现场总线下的设备，通过X5端口与
DeviceNet现场总线进行通信。
定义DSQC651板的总线连接的相关参数说明见表3-22。
表3-22DSQC651板的总线连接的相关参数说明参数名称 设定值 说明
设定I/O板在系统中的名字，10代表I/O
Name board10 板在DeviceNet总线上的地址是10，方便在系统中识别
TypeofUnit d651 设定I/O板的类型
ConnectedtoBus DeviceNet 设定I/O板连接的总线（系统默认值）DeviceNetAddress 10 设定I/O板在总线中的地址
Robotstudio6.01版本与Robotstudio5.15总线连接操作步骤有所不同，DSQC651
模块连接的总线可选择的类型在机器人系统创建的时候进行设定。
（4）定义数字输入信号DI1
数字输入信号DI1的相关参数见表3-24。
表3-24数字输入信号DI1的相关参数
参数名称 设定值 说明
Name di1 设定数字输入信号的名字
TypeofSignal DigitalInput 设定信号的类型AssignedtoDevice board10 设定信号所在的I/O模块DeviceMapping 0 设定信号所占用的地址
（5）定义数字输出信号DO1
数字输出信号DO1的相关参数见表3-26。
表3-26数字输出信号DO1的相关参数
参数名称
设定值
说明
Name
DO1
设定数字输出信号的名字
TypeofSignal
DigitalOutput
设定信号的类型
AssignedtoDevice
board10
设定信号所在的I/O模块
DeviceMapping
32
设定信号所占用的地址
（6）定义模拟输出信号AO1
模拟输出信号AO1的相关参数见表3-34。
表3-34模拟输出信号AO1的相关参数
Name AO1 设定模拟输出信号的名字
TypeofSignal AnalogOutput 设定信号的类型
AssignedtoDevice board10 设定信号所在的I/O模块
DeviceMapping 0~15 设定信号所占用的地址
AnalogEncodingType Unsigned 设定模拟信号属性
MaximumLogicalValue 10 设定最大逻辑值
MaximumPhysicalValue 10 设定最大物理值
MaximumBitValue 65535 设定最大位值
（1）单元定义练习
（2）数字输入信号定义练习
（3）数字输出信号定义练习
（4）模拟输出信号定义
（5）信号的定义及仿真第五步：
焊接机器人基本组成及焊接
掌握弧焊工作站组成，能设置焊机参数，进行简单线条的焊机的焊接。
能设置焊机参数，进行弧焊机器人的焊接程序编制。
焊接机器人组成
焊机参数设置及程序编制
工业机器人应用领域？
焊接机器人基本组成及焊接
通过观看弧焊工作站的视频，提出工业机器人在焊接工作站的应用，提出本次课程主要内容。
掌握弧焊工作站的组成，焊机参数的调整，会采用焊接基本指令进行程序的编制及调试，按照小组（2人）方式进行，布置任务，完成任务后在课程平台提交本单元的相关任务。
1、工业机器人焊接等领域应用特别的广泛，提出弧焊工作站的组成、焊机的操作、弧焊机器人基本的编程指令，提出利用焊接指令，进行简单图形的焊接练习。
（1）机器人弧焊系统的组成简介
一个完整的工业机器人弧焊系统由工业机器人、焊枪、焊机、送丝机、焊丝、焊丝盘、气瓶、冷却水系统（限于须水冷的焊枪）、剪丝清洗设备、烟雾净化系统或者烟雾净化过滤机等组成。
焊枪
（2）机器人弧焊系统各部分的连接
送丝机
气瓶
气管丝管
焊丝盘
焊接电缆+
加 控制电缆
热
电 控制电缆
焊机
缆
焊接电缆-
焊接工作台
焊枪电缆
机器人控制柜
（3）弧焊机器人焊机及送丝机主要接口介绍
（4）送丝机压力及气瓶流量制动力的调节
本设备的焊机的参数设置参考，焊机参数设置方法请参考《逆变式脉冲
MIG/MAG弧焊机—PulseMIG系列焊工操作手册》参数设置顺序：
焊丝直径选择、焊丝材料和保护气体选择、操作方式选择、参数键F1、参数键F2、隐含参数调节。
参数设置完成请存储。
对于2.0板厚的低碳钢焊接，角接焊接工艺参考低碳钢实心焊丝CO2角焊接工艺，结合设备情况，
送丝压力刻度位于压力手柄上，对于不同材质及直径的焊丝有不同的压力关系，如表6-1及图6-16所示。
表格中的数值仅提供参考，实际的压力调节规范必须根据焊枪电缆长度、焊枪类型、送丝条件和焊丝类型作相应的调整。
类型1：
适合硬质焊丝，如实芯碳钢、不锈钢焊丝。
类型2：
适合软质焊丝，如铝及其合金。
类型3：
适合药芯焊丝。
（5）弧焊机器人I/O地址及信号设定
弧焊系统通讯方式主要采用ABB标准的I/O板，本次系统中采用DSQC651板卡，挂靠在在Devicenet总线上，在使用过程中，要设定该模块在网络中的地址。
（6）焊接机器人信号分配
要组成一个弧焊机器人，必须根据DSQC651卡的地址情况进行焊接信号的分配。
焊接的主要信号有数字输出信号、模拟输出信号。
该机器人弧焊系统中具体机器人的信号地址分配及定义见表6-10。
表6-10弧焊机器人信号地址分配及含义
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