工业机器人手动导航编程
摘要
目的- 本文旨在解决在工业环境中编程机器人的问题，其中需要简单的编程，而稳健性和安全性仍然是基本方面。
设计/方法/方法-这种机器人编程的新方法可以通过允许手动指导，来识别操作员自由地移动机器人通过其任务，然后可以使用演示程序编程方法或简单的方法来教授任务再生产。
结果- 在本文中，讨论了实现手动引导的不同方式，并且提供了使用力/扭矩传感器来实现的理念，还提出了实验结果和用例。
实际意义- 举例说明了这种方法如何与工业机器人一起使用。在工业环境中的实现应根据本文件所述的ISO安全标准进行调整。
原创性/价值- 本文提出了一个完整的最先进的问题，并显示了一个真正的实际用例，其中提出的方法可有效促进教学过程。
关键词：控制，传感器，路径规划，编程，人机交互，人机界面（MMI），工业机器人，手册引导，力传感器
论文类型：研究论文
1.介绍
机器人的使用继续显示出增长的趋势;在2013年，机器人销售量增长了12％，达到178,13台，达到迄今为止为期一年的最高水平，到2014年全球机器人安装预计至少增加大约15％达到205,000台。与此同时，相关研究以及机器人编程方法已经普及。著名的软件
框架ROS发挥了重要作用（机器人操作系统）（Quigley等人，2009），其操作方式简单省时，允许测试和重用其他的工作研究人员。
现在，尽管机器人技术也被用于医疗，个人和服务领域中，但相对广泛的使
用仍然是在工业环境中。工业机器人在新的轻量级方面表现越来越出色，主要表现在最大速度/加速度和重复性方面。在工业过程中使用机器人的困难之一，通常是操作员缺乏操作机器人的编程知识。事实上，将学术研究的结果部署到工业背景中往往是困难的，因为必须授予控制系统稳健性，而且机器人的简易性编程要符合有关保障操作人员安全的法规。
传统的和最广泛的机器人编程仍是通过机器人专用的教学器。任务轨迹是通过指定一组
机器人必须通过的点教给机器人。但是，以这种方式得到机器人的轨迹，使教学变得非常慢，
并且只要有一点改变，任务就必须每次都一遍又一遍的做。最近，更多的可用性执行硬件和高级CAE工具使用离线编程，这允许检查工业运行的可行性，甚至计划任务通过使用个人计算机，而不需要停止生产系统。这样，可用的机器人的运动学模型和相应的仿真包拓展了一系列新的功能，但是，另一方面，需要一个专家工程师来编程机器人。
工业背景下易于编程的必要性还源于最终客户的需求敦促；业界呼吁机器人细胞应越来越灵活，达到模块化和适应不同的生产要求的需求。工业生产力水平越来越高，制造场景需要更短的任务执行时间和更快的机器人系统编程周期。此外，运营商往往不是一个机器人专家，因而教挂件编程已成一种费时并执行艰巨的任务。
机器人编程的一个新的有前途的方法似乎是编程示（PBD），它允许操作员以一种简单而自然的方式教给机器人任务，因此无需机器人编程经验。在教学过程中，除了关节的位置，几个测量可以考虑和整合在一起，如力配置文件或语音命令。这些方法可以定制，取决于用不同的策略处理异常的任务。一个理想的解决方案将是一个当操作者跟踪他的动作时
是做任务，然后，使用机器学习方法，再现的任务被教给机器人。这是近年来研究的一个具有挑战性的课题；此外，从工业的角度来看，这些方法仍然不够强大。此外，如果任务在
执行，举起重物是必需的，操作员没有足够的体力来完成任务。作为一个结果，这是一个更强大的方法。管理繁重的任务是手动指导（或步行通过）。这种类型的控件可以让用户以一个自由的方式物理移动机器人，这些动作可以编码，教育和用于学习一个广义版本的任务或复制。这种新的方式用于机器人编程带来的问题：在人体–机器人安全的相互作用。这是手工的一个基本方面的指导。在工厂的工业机器人授予安全操作的主要标准是ISO 10218-1 / 2 （ISO10218-1，2011；ISO 10218-2，2011）；其他安全规，关于人与人之间的安全距离以及与机器人之间的距离包含在ISO 13855（2010）。此外，人类和机器人之间的相互作用正在引发机器人社区部越来越多的争论，一个新的ISO 15066（2014）的主题是发展。这个手册的指导是ISO10218-2，安全是通过限制最大速度和机器人在身体接触时所提供的功率来保证的。此外，机器人必须配备紧急停止和使装置通常能安装端部执行器。特别提到了一些新的轻量级的机器人，像库卡LBR IIWA（2014）或通用机器人（2 014）。这些机器人被认证为
能与人类合作，适合人-机器人安全互动与编程的一个示。
把任务传给机器人的另一种方法是使用触觉设备，它可以用来指挥速度机器人，同时有效反馈给用户，任务也可以以这种方式传递给任何类型的机器人。这样的设备是非常昂贵的，因此，由于这个原因，目前，他们不能在工业环境中采用；另一方面，它们主要在医疗或康复技术方面进行机器人的应用。
文章的组织如下：第2节将展示不同方法，实现人工指导，着眼于他们的利弊；在第3节，实现手动制导控制，基于使用的力/力矩传感器。最后的部分4和5，将讨论实验结果和提出工业的测试用例。
2.人工指导方法综述
为了实现手动引导，几种控制方法可以使用不同类型的传感器或更多的一般硬件实现。大多数类型的控制计划利用力/力矩传感器安装在机器人的手腕；这样的传感器的使用允许的控制方案的设计给予末端执行器非常精确的运动，比如，导纳/阻抗控制（bascetta et al.，2013；Ikeuraet al.，1994；Hogan，1985）或力控制（西西利亚诺维兰尼，2000）。这些大部分的主要缺点方法是帽子，除了成本
的力量/扭矩传感器，他们依赖于一个强大的动态模型的可用性机器人手臂。其他研究人员提出先进的变种这两种类型的控制，如可变阻抗控制（Ikeura和inooka，1995），自适应准入控制（TEE等，2010）或基于虚拟夹具的准入控制（marayong et al.，2008）：这是沙发软件生成的运动指导，基于视觉系统，推断机器人的几何形状和所需的工作空间计算运动约束。混合动力/运动控制，它可以实现在运动（Raibert克雷格，1981）和动态水平（西西利亚诺都，2000），描述结合力控制和速度控制，通过选择矩阵。几年以来，一些新的轻量级机器人来实现合规控制，如，例如，库卡LWR IV（比绍夫等，2010）。这是一个周期全机器人的标志社区正在走向机器人同事的概念。使操作者感觉他/她正在移动一个工具减少质量（而不是沉重和僵硬的机器人），这个机器人运动的动力学可以被描述为“虚拟工具：末端执行器被建模为选择的虚拟点自由空间中任意放置的质量环境。机器人可以控制使用准入控制（Ferretti et al.，2009）或一个简单的运动控制（亲王和kyrki，2011）。另一个有趣的方法是混合从力/力矩传感器与视觉信息（库恩等人，2006）。这里的
允许的最大末端执行器速度正比于机器人与周围障碍物之间的距离；那个方式，机器人防止碰撞。其他作品有开发了一个力控制，而无需使用力传感器，通过使用观察方法（Ohishi和Ohde，1994）或看外部力量的干扰（EOM et al.，1998）另一种实现手动引导的方法是使用故障检测和识别外部力的方法（De Luca
等人，2006）：在这种情况下，外力可以检测的定义观察和测量命令转矩和实际值之间的差异扭矩.这种方法有缺点，操作者必须一个接一个地移动关节，从而导致一种不自然的运动的感觉，而且，机器人的动态模型必须是可用的。
最后，这种方法主要适合用于意外碰撞检测和反应。其他作品尝试使用电机的电流来估计在每一个关节力矩（和kazanzides，2013）：扭矩然后可以使用估计来实现手动制导。在特别是，在Geravand等（2013）研究，低和高通滤波器应用于电机电流检测人的故意互动。尽管这些创新方法，它们不适合工业，无论在条款运动的稳健性和精确性。最后，最近的一个方法来执行运动运动是通过backdrivability，像巴雷特WAM（史米斯2006），而允许机器人与backdrivable 电机被用户保持他们在引导零重力控制模式，这些机器人特别用于测试学习算法
（kormushev et al.，2011）。这个缺点backdrivability是只适合轻或小型机器人，因为机器人的惯性，从而，它不能应用于工业机器人。此外，在这个的情况下，用户必须移动关节一个接一个，这使得它很难（特别是对于机器人有多个学位自由地进行自然流畅的动作。
3.使用力/力矩传感器的手动制导
在本节中，将解释基于人工引导使用的力/力矩传感器和重力补偿与控制算法。这个传感器安装在手机器人腕和末端执行器之间。在本节中，重力补偿和控制算法将被解释。
3.1重力补偿
区分使用者的输入力与重力力对末端执行器，一个静态模型的机器人（即机器人手臂，力/力矩传感器和d-effector）必须发展。从力和力矩开始由传感器测量，从而有：
Fm=fh+g（1）
Tm=Th+Tg(2)
在传感器框架下，将这些方程式表达成一个综合框架则有：
Rfm=fh+g（3）
RT=Th+Tg（4）
从传感器框架到末端执行器框架（这是常数）。方程（3）和（4）可以解决找出人类施加的力/力矩：
Fh=rfm-fg(5)
Fh=rtm-r*g (6)
末端执行器质量中心的位置矢量参照传感器框架的起源，表示F
3.2控制器
重力补偿力和力矩在前一节中描述的，是虚拟工具控制器：据估计，与P 比例控制器，它将产生一个更自然的感觉当移动末端执行器时。虚拟工具控制器基本上命令机器人加速
末端日与施加的力/力矩成比例.人类和增加阻尼因子减速的机器人使它停止快速时，外力不适用任何更多。以这种方式，末端执行器的动力学建模为一个虚拟点，其集中质量位于
末端执行器的质量中心。因为重力的机器人末端执行器H的真实质量被补偿为上述款所述，尚未考虑在控制器中。由于机器人被控制在速度域期望的平移和旋转末端执行器的速度在时间T被定义为：施加的力和力矩成比例人，和阻尼因子，这是需要提供电阻。特别是当力绝对值/扭矩小于钍受到，阻尼系数需要减速的机器人的动作。这就是为什么两个不同的增益矩阵（K2、K3）用于两例：因为当没有任何力量时，机器人需要减速更快。为此，K3的要素的选择比K2的大得多。最后，末端执行器的速度转换在关节速度。角（即节点数等于该数的自由度的任务），一个简单的反演可以使用的矩阵，而不是图1说明了整体控制方案中使用的建议的方法：力和扭矩测量传感器是第一重力补偿，如前所述段，然后使用虚拟工具控制器获得E 末端速度参考。这个参考是最后使用伪逆映射在机器人的关节雅可比。如果末端执行器与环境接触，则传感器会感觉到正常的力，会迅速移动从触摸点：这样的议案将只是一个短暂的效果，其特征在于速度正比于接近速度从而对传感器所测得的力。如果需要与环境进行交互（例如跟随）简介具有去毛刺），可以手动禁用命令沿该反应（即可能的端部效应器正常轴。然而，在所选择的应用程序中域，即质量控制，需要这样的情况是不常见的。一个解决方案；其中最需要的任务作用功能与环境可以离线编程，然后机器人
必须只知道“在哪里”执行任务（如建议方法在5节）。尽管机器人运动学singularit 们很容易由用户可以避免，解决方案包括使用阻尼伪逆的雅可比矩阵，定义为：
这样，机器人可以通过奇点，甚至虽然在可操作椭球显然只有速度可以完成。
4.实验装置
实验已经进行了使用两个机器人：雄克强力球的机械臂和一个电装工业机械手。如图2所示，在崇德强力球由三个模块，每一个包含两个电机，用于共有六个关节。机器人手臂控制有一个使用ROS的速度域中的个人计算机包schunk_lwa4p 和ipa_c 开放。没有活性氧工具运动学或规划，关节速度命令机器人每10毫秒，这些命令是通过各个模块部控制器然后执行，所提出的方法是适用于任何工业机器人，只要控制机器人所需的功率与ISO标准允许的最大值，这是该彩票的机器人为例。因此，使实验设置完全兼容ISO标准，紧急情况停止和有利的发展冰
开始指导机器人应该被添加在末端执行器附近。力/力矩传感器（kms40从维斯机器人）之间装有第六关节和末端执行器和通信PC使用以太网协议。实验所提出的方法
导致机器人的平滑和自然的运动。参数方程（7）和（8）为：WS：
对于力和力矩方程。选择的值如下：
这意味着所有的力量在2N和所有低于0.65的扭矩纳米被认为是噪声。K2增益值小使机器人更轻的用户，而K3的高价值使机器人ST OP几乎瞬间当没有外力感受。这导致了一个既光滑又精确的机器人运动，实现了预期的结果。实验结果显示在提醒截面电流。在第一个测试中，机器人是通过一个方向移动奇异性，特别是第四个和第六个关节对齐。作为显示在图3的图中. 粗糙的奇点导致平滑运动。注意，作为图4和图5显示，最终的执行器速度是低通滤波版本的力和扭矩信号；这是基本的，因为一个简单的比例控制器将否则受传感器噪声的影响。实验二进行了测试精度运动。使机器人更精确的（但也更硬的），矩阵的元素降低K1。图6中的图显示操作人员如何能够在机器人周围移动精确的方法，能够描述X中的一个小矩形.平面，在保持恒定的方向和位置的同时沿Z轴。这意味着最大妈妈精度可实现的是操作者的精度。事实上，精度可以增加更多，上升的阈值方程（7）和（8）；这样，算子应该使用多用力移动一点机器人和精度会是机器人的一个。另一方面，这会导致对操作者的不自然的感觉和非常僵硬的动作，所以有在严格需要时才使用。进一步的实验已经进行了使用电装六轴工业
机器人（电装vs-087）如图7。这个b-cap协议（电装波，2011）已被用来接口控制器的机器人与外部PC。b-cap协议是基于TCP / IP通信允许控制我们的机器人荷兰的一个“奴隶模式”，即控制器从以太网端口读取每个2的联合位置和移动机器人到该位置；控制器给出机器人关节位置作为反馈。一个我工业PC
机与Linux实时操作系统已用于实现手册制导算法，并发送位置命令机器人控制器。在这种情况下，产生的关节速度M方程（9）被集成到欧拉和发送到控制器。这些实验的目的是为了表明该方法在这篇文章中可以很容易地适应任何一种人体测量学神秘的机器人。在第一个实验中，用户尝试在x - y平面上画一个圆，同时保持端部效应取向常数。图8显示了力由操作人员应用的同时移动机器人和由此产生的末端执行器速度，而图9显示末端执行器运动。实验表明，机器人末端执行器容易移动也沿“对角线”可怕功能。这主要取决于在两个参数：阈值，这必须是低
可以用低的力移动机器人；和K2的阻尼参数，具有很高的EN 虽然，以具有末端执行器的加速运动而不是瞬时速度正比于力。同样是真的也对于控制的旋转部分，如图10实验。本实验是前一个补充：在这里尝试做一个用户不移动的末端执行器的球形运动端部效应端。
图3机器人通过定向奇异性引导。以上：端部执行器沿x、y和Z轴的平移位置（分别为蓝色、绿色和红色）；底部：RPY取向末端执行器
图4机器人通过定向奇异性引导。以上：在x，y和z轴上施加的力（分别在蓝、绿、红）黑线代表阈值；博下：得到的最终效应的平移速度
图5机器人通过定向奇异性引导。以上：扭矩的应用周围的人X，Y和Z轴（分别），在蓝色，绿色和红色），黑线代表阈值；底部：最终执行器角速度
图6机器人通过X轴中的矩形引导。绿色圆点和红色分别代表起始位置和结束位置.
图7电装工业机器人在人工指导下的控制
图8机器人通过圆引导。以上：力应用人类沿着X，Y和Z轴（分别在蓝色，绿色和红色，黑线代表阈值；底部：由此产生的末端执行器平移速度
图9机器人通过圆引导。末端执行器的三维图运动
图10机器人通过球形运动引导。以上：扭矩的应用周围的人X，Y和Z轴（分别），在蓝色，绿色和红色），黑线代表阈值；Botto 米：由此产生的末端执行器旋转速度
5.使用案例
机器人说明书的实现说明在上面的章节中可以用来教给机器人一个任务。所选择的应用领域是前端的质量控制电子器件面板（图11）。一个有用的任务教给机器人的是测试按钮上的面板检查按下按钮需要多少力。测试板我这是一个简单的任务，但是，由于不断变化的模型，它是很难实现的了；方法，每次测试一种新的面板，教学新任务该机器人可以在一个简单的和省时的方式。用户可以教的位置按钮只需使机器人的末端执行器以上他们（所以没有按他们）和储蓄吨他联合配置。在任务的复制过程中，机器人将首先通过保存的位置移动使用简单机器人定位时的运动学控制救了P 组成，它将沿着Z轴方向
使用阻抗控制，实现如下：
在VH是速度得到方程（7）和（8），使用非常低的系数K1；VI是一阻抗控制产生的速度，计算为：
Kimp是一个正对角矩阵代表刚度，而PR和小便，分别的休息位置虚拟弹簧和末端执行器的实际位置机器人在方程中不考虑阻尼因子（12），由于VH已经包括一。注意，使机器人沿z轴移动，点PR移动。此外，作为机器人不需要兼容的沿z轴和刚性以及所有其他方向，方程（11），在实践中，只有实现Z轴组件，而其他组件是等于零后沿测力z轴超过最大值（在这种情况下，15 N），自流水轴，和机器人末端执行器在教学中的位置任务过程。在这项任务中，九个职位（采取上述九按钮测试）教，显示由红色箭图13；操作员正在与程序通信（使用键盘上的按钮）必须保存当前位置复制，这就是为什么，在这些时刻，定位n 端部执行器保持恒定。再次，它可以注意到如何所提出的方法在一个光滑和精确的结果末端执行器的运动。对于复制，更好的理解什么发生时，机器人按下按钮，在图中，只有第一个九教位置报告在图12和13。在繁殖阶段，机器人首先移动TH运动学控制到一个教授的位置，然后（图14）将开始沿z轴的负方向移动阻抗控制；实验表明，在瞬间按下按钮时，一个小峰感觉外部力（图14）。以这种方式，价值按下按钮所需的力可以很容易地找到。有注意到，在T 他图底图14，由此产生末端执行器的速度仅由阻抗控制努力直到感觉到的力超过了黑色阈值（顶部）图14图）。
图11雄克强力球机械手臂测试前面板。这个蓝色、绿色和红色箭头分别表示x、y和z轴. 参考框架
图12教给机器人九个按钮的位置。以上：由X、Y和Z轴施加的力（分别为蓝色，绿色和红色），黑线代表阈值：产生的末端执行器平移速度
图13教给机器人九个按钮的位置。末端执行器沿x、y和Z的平移位置轴（分别为蓝色，绿色和红色）；红色箭头显示他为繁殖而保存的九点的位置
图14测试一个单一的按钮。上图：外部力量感觉到沿x，y和Z轴（分别为蓝色，绿色和红
色）；底端效应速度由方程（11）
6.结论
在本文中，易编程的工业背景重要性已突出。已对不同的方法实现手动指导进行了描述，侧重于他们的优点和缺点，从工业的角度来看，它有被强调，机器人编程的一个关键方面在于
操作者的需要，感觉机器人作为减少工具质量。一个实现使用力/力矩传感器的离子提供高精度）和使用虚拟工具控制器被提出。由于建议的方法，本文重点研究如何改变任务往往是由于客户需要容易被教给一个不浪费时间的机器人。此外，教学可以让一个没有能力操作机器人的人以一种简单的方式学习。这个提出的方法，然后可以相应地调整到ISO。这些年来正在发展的标准将被用于工业环境。
目录 一、系统安全 (1) 二、手动操纵工业机器人 (1) 1.单轴运动控制 (1) 2.线性运动与重定位运动控制 (3) 3.工具坐标系建立 (5) 4.示教器上用四点法设定TCP (6) 操作方法及步骤如下： (6) 三、程序建立 (10) 1.建立RAPID程序 (10) 2.基本RAPID程序指令 (11) （1）赋值指令 (11) （2）常用的运动指令 (12) （3） I/O控制指令 (14) 1）Set数字信号置位指令 (14) 2）Reset数字信号复位指令 (15) 3）WaitDI数字输入信号判断指令 (15) 4）WaitDO数字输出信号判断指令 (15) 5）WaitUntil信号判断指令 (15) （4）条件逻辑判断指令 (15) 1）Compact IF紧凑型条件判断指令 (15) 2）IF条件判断指令 (16) 3)FOR重复执行判断指令 (16) 4)WHILE条件判断指令 (16)
一、系统安全 以下的安全守则必须遵守，因为机器人系统复杂而且危险性大, 万一发生火灾，请使用二氧化炭灭火器。 急停开关(E-Stop)不允许被短接。 机器人处于自动模式时，不允许进入其运动所及的区域。 在任何情况下，不要使用原始盘，用复制盘。.搬运时，机器停止，机器人不应置物，应空机。 意外或不正常情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。 在编程，测试及维修时必须注意既使在低速时，机器人仍然是非常有力的，其动量很大，必须将机器人置于手动模式。 气路系统中的压力可达0. 6MP，任何相关检修都要断气源。 在不用移动机器人及运行程序时，须及时释放使能器(EnableDevice)。 调试人员进入机器人工作区时，须随身携带示教器，以防他人无意误操作。 在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。 突然停电后，要赶在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。 维修人员必须保管好机器人钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意翻阅或修改程序及参数。 二、手动操纵工业机器人 1.单轴运动控制 （1）左手持机器人示教器，右手点击示教器界面左上角的“”来打开ABB菜单栏；点击“手动操纵”，进入手动操纵界面；如图1-1所示。
工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置；由计算机控制，是无人参与 的自主自动化控制系统；他是可编程、 具有柔性的自动化系统，可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别，它能以其动作 复现人的动作和职能；它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途，可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构，包括臂部、腕部和手部， 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3～6个运动自由度，其中腕 部通常有1～3个运动自由度；驱动系 统包括动力装置和传动机构，用以使执 行机构产生相应的动作；控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号，并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程 输入型是将计算机上已编好的作业程 序文件，通过RS232串口或者以太网等 通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵 盒)，将指令信号传给驱动系统，使执 行机构按要求的动作顺序和运动轨迹 操演一遍；另一种是由操作者直接领动 执行机构，按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍。在示教过程的同时，工作 程序的信息即自动存入程序存储器中 在机器人自动工作时，控制系统从程序 存储器中检出相应信息，将指令信号传 给驱动机构，使执行机构再现示教的各 种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作； 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能，即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境，并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程，因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用，是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。 此外，智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”，如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外，一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。
工业机器人操作与编程（ABB）教学大纲 一、说明 1．课程的性质和内容 《工业机器人操作与编程（ABB）》课程是技师学院工业机器人应用与维护专业的专业课。主要内容包括：ABB机器人基础知识及手动操作、ABB机器人的IO 配置、ABB机器人程序数据、ABB机器人程序的编写、ABB机器人的总线通信、ABB机器人TCP练习、ABB机器人搬运垛、ABB机器人智能分拣。 2．课程的任务和要求 本课程的主要任务是培养学生熟练操作ABB机器人，能够独立完成机器人的基本操作，能够根据工作任务对ABB机器人进行程序编写，为学生从事专业工作打下必要的专业基础。 （1）通过本课程的学习，学生应该达到以下几个方面的专业基础。 （2）熟悉ABB机器人安全注意事项，掌握示教器的各项操作。 （3）掌握ABB机器人的基本操作，理解系统参数配置；学会手动操纵。 （4）掌握ABB机器人的I/O标准板的配置，学会定义输入、输出信号，了解Profibus适配器的连接。 （5）掌握ABB机器人的各种程序数据类型，熟悉工具数据、工件坐标、有效载荷数据的设定。 （6）掌握RAPID程序及指令，并能对ABB机器人进行编程和调试。 （7）熟悉ABB机器人的硬件连接。 3.教学中应该注意的问题 （1）本课程的教学以ABB机器人的应用。维护为主，注意培养学生对机器人编程和维护的能力。 （2）在本课程的教学中应该注意培养学生的逻辑思维能力。 （3）编程教学时，应让学生重点掌握机器人的数据类型和指令功能。
二、学时分配表 三、课程内容及要求 项目一 ABB机器人基础知识及手动操作 教学要求 1．了解工业机器人的发展及机器人安全注意事项。 2．掌握ABB机器人示教器的使用 3．掌握示教器上基本的功能操作。 教学内容 任务一工业机器人的概述和安全注意事项 任务二认识示教器——配置必要的操作环境 任务三ABB机器人事件信息查询及数据备份与恢复 任务四ABB机器人的手动操纵 任务五ABB机器人的转数计数器更新操作 教学建议
工业机器人操作编程职业技能等级标准
目录 前言 (3) 1范围 (4) 2规范性引用文件 (4) 3术语和定义 (4) 4面向工作岗位（群） (5) 5面向院校专业领域 (5) 6职业技能等级标准 (6) 参考文献 (8)
前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准起草单位：由北京赛育达科教有限责任公司主持，联合机械工业教育发展中心、机械行业工业机器人与智能装备职业教育集团、苏州大学、常州机电职业技术学院、江苏汇博机器人技术股份有限公司、奇瑞新能源汽车技术有限公司、埃夫特智能装备股份有限公司、上海ABB工程有限公司等单位共同制订。 本标准主要起草人：孙立宁王志强蒋庆斌禹鑫燚陈小艳叶晖肖永强等声明：本标准的知识产权归属于北京赛育达科教有限责任公司，未经北京赛育达科教有限责任公司同意，不得印刷、销售。
1范围 本标准规定了工业机器人操作编程职业技能的等级，阐明了相关企业岗位工作规范及其职业技能要求。 本标准适用于工业机器人操作编程职业技能等级培训与考核，工业机器人技术应用领域相关岗位从业人员的培训和职业院校教师专业培训。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的使用是必不可少的，凡是注日期的版本适用于本文件；凡是未注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。 《工业机器人安全实施规范》GB/T20867-2007 《工业机器人坐标系和运动命名原则》GB 16977-1997 《工业机器人性能试验实施规范》GB 20868-2007-T 国家、行业、企业有关标准 3术语和定义 国家、行业标准界定的以及下列术语的定义适用于本文件。 3.1机器人本体(Manipulater) 也称操作机，其结构通常是由一系列固定的及相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体(工具或工件)。 3.2末端操作器(End Effector) 为使机器人完成其任务而专门设计并安装于机器人腕部末端，直接执行工作要求的装置。如焊枪、焊钳、切割枪、夹持器等。 3.3工作空间(Working Space) 工业机器人执行任务时，其手腕参考点所能掠过的空间。 3.4 轴数(Controlled Axes)
目录 项目一工业机器人基本结构认识与安全操作知识 (1) 项目二机器人的基本操作 (11)
项目一工业机器人基本结构认识与安全操作知识 一、布置任务 1.项目要求 （1）项目名称：工业机器人基本结构认识与基础操作 （2）计划课时：6 （3）器材及工具准备（现场准备） 表1 实验所需设备清单 2.教学主要内容及目的 通过该实训课程，将《工业机器人技术基础》中所学的机器人编程及调试技术应用于实际设计中。学习机器人的基本安全操作常识、机器人控制柜的基本结构、机器人示教器的基本操作等技术在实验平台上进行综合认知与练习，在理论和实验的基础上进一步对工业机器人的认识，更好的了解机器人的操作方式。 3.相关知识准备 机器人的基本组成、机器人的基本安全操作常识。 二、制定计划 教师辅助学生以小组方式，10人一组，由指导老师讲解基本操作要领及安全注意事项，讲解完成后，学生自己进行操作，讨论各步骤的注意事项及原因，以讨论加操作的方式进行学习。 三、实施项目任务 1. 实训内容 ①通过现场讲解，学习机器人的基本安全知识，为后续安全操作做基础； ②认识机器人控制柜，了解其主要结构及控制按钮的功能； ③认识示教器的基本操作方法。 2. 实训步骤
（1）工业机器人安全知识 a、记得关闭总电源 在进行机器人的安装、维修、保养时切记要将总电源关闭。带电作业可能会产生致命性后果。如果不慎遭高压电击，可能会导致心跳停止、烧伤或其他严重伤害。 在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。 突然停电后，要在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。 b、与机器人保持足够安全距离 在调试与运行机器人时，它可能会执行一些意外的或不规范的运动。并且，所有的运动都会产生很大的力量，从而严重伤害个人或损坏机器人工作范围内的任何设备，所以时刻警惕与机器人保持足够的安全距离。 c、静电放电危险 搬运部件或部件容器时，未接地的人员可能会传递大量的静电荷。这一放电过程可能会损坏敏感的电子设备。所以在有此标识的情况下，要做好静电放电防护。 d、紧急停止 紧急停止优先于任何其它机器人控制操作，它会断开机器人电动机的驱动电源，停止所有运转部件，并切断由机器人系统控制且存在潜在危险的功能部件的电源。 出现下列情况时请立即按下任意紧急停止按钮： 机器人运行时，工作区域内有工作人员。 机器人伤害了工作人员或损伤了机器设备。 e、灭火 发生火灾时，在确保全体人员安全撤离后再进行灭火，应先处理受伤人员。当电气设备（例如机器人或控制器）起火时，使用二氧化碳灭火器，切勿使用水或泡沫。 f、工作中的安全 注意夹具并确保夹好工件。如果夹具打开，工件会脱落并导致人员伤害或设备损坏。夹具非常有力，如果不按照正确方法操作，也会导致人员伤害。机器人停机时，夹具上不应置物，必须空机。 g、示教器的安全 示教器的使用和存放应避免被人踩踏电缆。 小心操作。不要摔打、拋掷或重击，这样会导致破损或故障。在不使用该设备时，
《工业机器人操作与编程》课程标准 1.课程性质和任务 《工业机器人操作与编程》是工业机器人技术专业必修的职业核心课程，工业机器人自动化生产线成套设备已经成为自动化装备的主流和未来发展方向，工业机器人的操作是一门实用的技术性专业课程，也是一门实践性较强的综合性课程，在工业机器人专业课程体系中占有重要地位，令学生能全面把握工业机器人应用的安装、配置与调试方法。本课程主要通过分析工业机器人的工作原理，通过涂胶、搬运、喷漆等常用工艺的实践，使学生了解各种工业机器人的应用，熟练掌握工业机器人的操作方法，锻炼学生的团队协作能力和创新意识，提高学生分析问题和解决实际问题的能力，提高学生的综合素质，增强适应职业变化的能力。 2.学习领域描述 国际先进国家在汽车、电子电器、工程机械等行业大量采用了工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，这就需要大量的具备工业机器人基本操作、在线示教、离线编程技能的，对机器人搬运、涂胶、喷漆、码垛等工艺具有足够的了解，能够控制机器人完成上述任务的操作技能型人才 3.先修课程和后续课程 先修课程：《工业机器人技术基础》、《机械制图与CAD》、《机械设计》 后续课程：《工业机器人拆装与维护》、《工业机器人离线编程》、《工业机器人操作与编程》 4.课程目标 掌握工业机器人的编程和操作方法，了解工业机器人常用工艺，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。 学习完本课程后，学生应当能具备从事工业机器人企业生产第一线的生产与管理等相关工作的基础知识和能力储备，包括： （1）掌握用示教器操作工业机器人运动的方法 （2）能新建、编辑和加载工业机器人程序 （3）能够编写工业机器人搬运动作的运动程序 （4）能够编写工业机器人涂胶运动的运动程序 （5）能够编写工业机器人喷涂运动的运动程序 （6）能够编写工业机器人上下料运动程序 （7）能够编写工业机器人码垛运动程序
工业机器人应用 一机器人示教单元使用 1.示教单元的认识 使用示教单元调整机器人姿势 在机器人控制器上电后使用钥匙将MODE开关打到“MANUAL”位置，双手拿起，先将示教单元背部的“TB ENABLE”按键按下。再用手将“enable”开关扳向一侧，直到听到一声“卡嗒”为止。然后按下面板上的“SERVO”键使机器人伺服电机开启，此时“F3”按键上方对应的指示灯点亮。
按下面板上的“JOG”键，进入关节调整界面，此时按动J1--J6关节对应的按键可使机器人以关节为运行。按动“OVRD↑”和“OVRD↓”能分别升高和降低运行机器人速度。各轴对应动作方向好下图所示。当运行超出各轴活动范围时发出持续的“嘀嘀”报警声。 按“F1”、“F2”、“F3”、“F4”键可分别进行“直交调整”、“TOOL调整”、“三轴直交调整”和“圆桶调整”模式，对应活动关系如下各图所示： 直交调整模式
TOOL调整模式
三轴直交调整模式 圆桶调整模式 在手动运行模式下按“HAND”进入手爪控制界面。在机器人本体内部设计有四组双作用电磁阀控制电路，由八路输出信号OUT-900――OUT-907进行控制，与之相应的还有八路输入信号IN-900――IN-907，以上各I/O信号可在程序中进行调用。 按键“+C”和“－C”对应“OUT-900”和“OUT-901” 按键“+B”和“－B”对应“OUT-902”和“OUT-903” 按键“+A”和“－A”对应“OUT-904”和“OUT-905” 按键“+Z”和“－Z”对应“OUT-906”和“OUT-907” 在气源接通后按下“－C”键，对应“OUT-901”输出信号，控制电磁阀动作使手爪夹紧，对应的手爪夹紧磁性传感器点亮，输入信号到“IN-900”；按下“+C”键，对应“OUT-900”输出信号，控制电磁阀动作使手爪张开。对应的手爪张开磁性传感器点亮，输入信号到“IN-901”。使用示教单元设置坐标点 先按照实训2的内容将机器人以关节调整模式将各关节调整到如下所列： J1: J5: J2: J6: J3: J4: 先按“FUNCTION”功能键，再按“F4”键退出调整界面。然后按下“F1”键进入