工业机器人离线编程与仿真(基于KUKA) 塔式堆垛的编程与操作

⼯业机器⼈离线编程与仿真（基于KUKA）认识⼯业机器⼈仿真应⽤技术⼯业机器⼈离线编程与仿真（基于KUKA）认识⼯业机器⼈仿真应⽤技术项⽬⼀认识离线编程与仿真技术任务⼀⽬录任务描述学习重点任务知识主题讨论任务描述在深⼊学习⼯业机器⼈离线编程与仿真技术之前，我们需要了解⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展，也需要了解常⽤的离线编程与仿真软件的特点学习重点离线编程与仿真软件的特点1 2⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展常⽤离线编程与仿真软件的特点任务知识⼀、⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展Alpha Go早在1946年，美国就开始对机器⼈进⾏理论上的研究。

但是直到1959年，才诞⽣了能在⼯业⽣产中使⽤的机器⼈。

经过⼏⼗年的发展，机器⼈领域发⽣了翻天覆地的变化，从早期的只会做⼀些简单、重复动作的机器⼈发展到具有思考、学习能⼒的⾼智能化机器⼈，甚⾄出现了能够战胜⼈类的⼈⼯智能-Alpha Go。

⼈机⼤战⼀、⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展在⼈⼯智能、机器学习、语⾳识别、图像处理等关键技术取得重要理论研究的基础之上，机器⼈领域也跨上了⼀个新的台阶，并朝着智能化、复杂化的⽅向持续发展。

随着⼈类在机器⼈研究领域的逐步深⼊，其编程⽅式也发⽣了⾰命性的变化。

除了传统的在线⽰教编程⽅式，近年来，离线编程在⼯业实际⽣产中的重要性⽇益凸显。

⼀、⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展离线编程离线编程是指，在不使⽤机器⼈本体的情况下，利⽤计算机图形学的基本原理和系统仿真技术，在PC机（个⼈电脑）上重建整个⼯作场景的三维模型，然后根据加⼯零件的⼯艺要求，设置机器⼈的运动指令和轨迹，从⽽仿真模拟⼯业机器⼈加⼯的流程。

离线编程⼀、⼯业机器⼈仿真应⽤技术的定义和发展机器⼈系统仿真⼀般⽽⾔，系统仿真是在计算机上或（和）实体上建⽴系统的有效模型（数字的、物理效应的、数字和物理效应混合的模型），并在模型上进⾏系统实验。

相应地，机器⼈系统仿真则是指，通过计算机对实际的机器⼈系统进⾏模拟的技术。

（封面）XXXXXXX学院产品码垛作业工业机器人离线编程与虚拟仿真题目：院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：时间：年月日1拆垛机器人工作站构成自动化物流系统中，与码垛应用相对应的为拆跺应用，即把成垛的产品依次搬运至流水线上，例如烟草物流系统中出人智能仓库时的码垛拆垛、袋装原材料拆垛并开袋、汽车零部件的拆垛上料等应用。

本工作站为箱类产品拆垛应用，成垛的原料摆放在枝板上，随枝板流动至枝板输送链拆垛工位处，利用ABB公司的IRB6700机器人将产品从枝板上搬运至产品输送链上，以便流至下工位进行处理，如图6一l所示。

I ）枝板输送链载有产品的枝板经由左侧的进料输送链流转至末端拆垛工位，并且对未端设有至lj位检测传感器，当机器人完成该校板的拆垛任务后，空枝板经由右侧输出线传至下一士位，便于空枝板的回收，之后进料输送链传送下一个载有产品的枝板，依次循环2）吸盘工具机器人末端法兰盘装有吸盘工具（图6-3），利用真空发生器产生真空，对产品进行拾取处理，机器人利用输出信号控制真空的产生与关闭，从而实现产品盒的拾取与释放，该工具采用16个吸盘，气路分为4蹈，利用机器人4路数字输出端口分别进行控制，3 ）产品输送链I机器人将拆垛产品按照指定的方式放置在产品输送链前端，经由该输送链传送至下工位；在该输送链前端设有传感器，用于枪测当前位置是否有物料，当没有物料时才允许机器人执行下一个物料的放置，如图6-5所示。

2、信号组的设置与用法3、数组的应用在定义程序数据时，可以将同种类型、同种用途的数值存放在同一个数据中，当调用该数据时需要写明索引号来指定我们调用的是该数据中的哪个数值，这就是所谓的数组。

在RAPID申可以定义维数组、二维数组以及三维数组。

4、写屏指令的运用在编写例行程序时，将该程序中的某些数据设置为参数，这样在调用该程序时输入不同的参数数据，贝lj可对应执行在当前数据值情况下机器人对应执行的任务。

例如，在切割应用中，频繁使用切割正方形的程序，切割正方形的指令及算法是致的，只是正方形的顶点位置、边长不一致，这样可以将这两个变量设为参数。

工业机器人离线编程与仿真（基于KUKA）项目三构建离线仿真模型任务一建模功能的使用目录任务描述学习重点任务知识任务实施任务描述使用Sim Pro 对机器人进行仿真时，通常需要用到机器人周边的模型。

如果对于这些模型的精细程度要求不高，可以直接在软件中创建3D模型。

本任务中，将讲述Sim Pro软件，建模功能界面的整体功能和区域分布，并学习使用Sim Pro来创建3D模型。

学习重点学习使用Sim Pro创建3D模型1 2Sim Pro建模选项卡功能任务知识圆台模型参数概述请观看微课视频：“Sim Pro建模选项卡功能”一、Sim Pro建模选项卡功能建模Modeling选项卡中的功能区块主要有：剪贴（Clipboard）、操纵（Manipulation）、栅格捕捉（Grid Snap）、工具（Tools）、移动模式（Move Mode）、导入（Import）、组件（Component）、结构（Structure）、模型（Geometr y）、行为（Behavior）、属性（Properties）、附加魔术盒（Extra Wizards）、原点（Origin）和窗口（Windows），如图所示。

建模Modeling选项卡功能区块概览一、Sim Pro 建模选项卡功能建模选项卡中的功能区块示例子功能名称子功能简介层级移动模式（Hierarchy ）移动选中关节及其子关节组成的整体或局部选中移动模式（Selected ）移动选中的当前最小的子级组件移动模式（Move Mode ）子功能该功能区块有两种模式，详见下表。

1.移动模式（Move Mode ）功能区块一、Sim Pro 建模选项卡功能建模选项卡中的功能区块组件（Component ）子功能组件功能区块有3种功能，详见下表。

2.组件（Component ）功能区块示例子功能名称子功能简介新建（New ）新建组件存储（Save ）保存组件存储为（Save as ）保存组件组件（Component ）功能区块与模型（Geometry ）区块功能中的特性（Features ）联合使用，可新建并存储带有一定特征的模型。

工业机器人离线编程及仿真工业机器人离线编程及仿真1.1工业机器人概述1.1工业机器人概述一、什么是机器人机器人是一种可编程和多功能的操作机器，为执行不同任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统，包括工业机器人和服务机器人两大类。

目前，全球机器人市场主要以工业机器人为主，占市场份额的80%。

相较于工业机器人，服务机器人行业尚不成熟，但随着人工智能的不断发展，服务机器人市场潜在空间也十分巨大。

二、什么是工业机器人工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它是在机械手的基础上发展起来的，国外称为Industrial Robot。

工业机器人的出现将人类从繁重单一的劳动中解放出来，而且它还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动，实现生产的自动化，避免工伤事故和提高生产效率。

工业机器人能够极大地提高生产效率，已经广泛地应用于电力、新能源、汽车、制造、食品饮料、医药制造、钢铁、铁路、航空航天等众多领域。

三、工业机器人的优势现如今，工业机器人已经成为引领工业4.0进程的动力，工厂为了应对逐年提升的人工成本、物料成本，正通过引进工业机器人技术实现生产的自动化，提高生产效率。

使用工业机器人操作具有很多优势：?1、节约成本??工业机器人可以24小时进行操作。

比如取出产品放置在输送带或承接台上，只需一人看管或一人同时看两台甚至更多台机器，有效节省人工费用。

另外，采用工业机器人操作的模式，自动流水线更能节省厂地，使整厂规划更小更紧凑精致。

2、生产效率高?工业机器人能够不间断的进行24小时作业，且机器人不受情绪影响，而且加工和装配水平一致，降低了产品不良率。

3、安全系数高?采用工业机器人，可以更大程度保障工人的工作安全性。

不会出现由于工作疏忽或者疲劳造成的工伤事故。

在需要倒班的生产车间中，晚上更容易出现生理性疲劳，导致发生安全事故，另外，采用工业机器人操作，精确度更高，稳定性更高，安全性更强，可以保障人员安全。

⼯业机器⼈离线编程与仿真（基于KUKA）控制系统的连接⼯业机器⼈技术与应⽤控制系统的连接项⽬四⼯业机器⼈的控制系统任务⼆导⼊●控制系统与周边设备的连接接⼝位置？●主要接⼝的外部电路如何连接？⽬录学习⽬标知识准备任务实施主题讨论12学习⽬标掌握主要电路板连接接⼝的位置掌握接⼝外部电路的连接⽅法知识⽬标IO板、急停板接⼝外部电路的连接⽅法⼀、I/O信号的连接如图中篮框⼀、I/O信号的连接（⼀）I/O信号的种类：1）处理IO板JA，处理IO板JB；2）处理IO板MA；3）处理IO板KA，处理IO板KB（⽤于焊机连接）；4）IO单元A型；其中最常⽤的是处理IO板JA和JB，其它均为扩展IO接⼝，根据外围设备类型及所需的IO点数量来选⽤。

（⼆）处理IO板JA和JB的安装位置处理IO板JA和JB安装在后⾯板（安装框）的可选插槽上，与主板与电源单元并排安装⼀、I/O信号的连接（三）处理IO板的连接1. 分为三种情况：1）IO板与主板连接；2）IO板之间连接；3）IO 板与外围设备之间连接；如图：情况:1）：处理IO板JA、JB与主板之间的连接电缆（1）；情况2）：处理IO板之间的连接电缆（2）——均采⽤IO-Link电缆。

如图：主板与处理IO板为串联连接，JD1B接⼝与上游部件连接，JD1A接⼝与下游部件连接。

（三）处理IO 板的连接▲JD1B和JD1A：IO-Link电缆通过这两个接⼝进⾏连接。

接⼝的位置如图。

▲IO-LinkIO-Link是独⽴于现场总线的⼆进制信号接⼝，它可以传输IO数据到通讯协议，采⽤串⾏双向的点对点连接⽅式，它与现有的通信接⼝和布线技术100%兼容，利⽤了现有的现场总线通信平台（FROFIBUS、FROFINET等）。

所有连接都采⽤简单、低成本、⾮屏蔽的标准3线电缆。

处理IO板JA处理IO板JB⼀、I/O信号的连接（三）处理IO板的连接▲处理IO板连接的第三种情况——3）IO板与外围设备之间连接；这是我们在机器⼈应⽤和系统集成⼯作中，要学习的主要内容。

工业机器人的编程与操作方法工业机器人是一种高度自动化的设备，可以完成各种任务，如搬运、装配、焊接等。

为了使机器人能够准确、高效地完成任务，需要进行编程和操作。

本文将介绍工业机器人的编程和操作方法。

一、编程方法1. 离线编程：离线编程是在计算机上进行机器人程序的编写和模拟。

首先，需要使用专业的机器人软件，如ABB RobotStudio、KUKA Sim、Fanuc RJ3等。

然后，通过图形界面或编程语言来编写机器人程序。

离线编程可以在计算机上进行，无需将机器人放置在生产线上，节省了时间和资源。

完成程序编写后，可以通过模拟功能进行程序仿真，以确保程序的可行性和准确性。

2. 在线编程：在线编程是在实际生产环境中对机器人进行编程。

这种编程方法需要专业的编程设备和软件。

首先，需要连接计算机和机器人，并确保通信正常。

然后，使用机器人控制器上的编程语言或机器人操作界面进行编写。

在线编程可以实时修改和调试程序，但需要在现场进行，可能会受到实际环境的限制。

二、操作方法1. 手动操作：手动操作是指通过外部操作设备，如手柄或按钮，来操控机器人完成任务。

手动操作通常用于机器人的调试和测试阶段，可以在不编写复杂程序的情况下对机器人进行控制。

但手动操作的精度较低，只适用于简单、粗略的操作。

2. 自动操作：自动操作是指通过事先编写好的程序，使机器人按照预定的路径和动作来完成任务。

自动操作需要在编程阶段对机器人的动作进行规划和设定，确保机器人可以准确无误地完成任务。

自动操作可以提高生产效率和产品质量，减少人为错误。

三、编程语言1. 基于图形界面的编程语言：图形界面编程语言是一种以图形元件为基础的编程语言，如ABB RobotStudio的RobotWare、KUKA Sim的KRL等。

这些编程语言通过拖拽和连接图形元素来编写机器人程序，使编程变得更加直观和易于理解。

它们适用于初学者和非专业人员，但在处理复杂的逻辑和算法时可能有限。

工业机器人离线编程与仿真（基于KUKA）手动操纵机器人项目二构建仿真工业机器人工作站任务二目录任务描述学习重点任务知识任务实施任务描述KUKA.Office Lite 软件为虚拟示教器，其由于与实际示教器用法完全相同而对学习离线编程起到了极大的帮助作用。

但KUKA.Office Lite与KUKA.SimPro是两个独立的软件，需要我们学习连接互通这两个软件的操作方法，并通过KUKA.Sim Pro软件手动操纵中工作站的机器人。

学习重点通过KUKA.Sim Pro软件手动操纵中工作站的机器人1KUKA.Sim Pro PROGRAM界面介绍任务知识一、KUKA.Sim Pro PROGRAM界面介绍机器人的仿真和离线编程功能多数集中在KUKA.Sim Pro软件中的PROGRAM选项卡中。

该选项卡的常用功能与布局分为：主功能区、工作图、控制图、示教。

常用的主功能区包括操作区块、栅格捕捉区块、工具区块、展示区块和碰撞检测区块。

其中，大部分区块也出现在本地（HOME ）选项卡中，其功能基本一致。

操作和碰撞检测区块的功能详见右表。

1.主功能区PROGRAM 选项卡的操作区块一、KUKA.Sim Pro PROGRAM 界面介绍区块名称功能简介操作包括选择、移动和示教3个主要功能。

在离线编程和仿真过程中，点动（Jog ）使用的频率较高，用于对机器人进行示教操作碰撞检测包括碰撞检测的基本设置与激活等操作，用于机器人在运动过程中与周围设备的碰撞检测，以提前排除该风险操作和碰撞检测区块的功能PROGRAM 选项卡的碰撞检测区块一、KUKA.Sim Pro PROGRAM界面介绍2.工作图（Job Map）工作图区块是离线编程功能的主要区域，其中包含离线编程中所需要的大多数程序与逻辑语句。

PROGRAM选项卡的工作图一、KUKA.Sim Pro PROGRAM 界面介绍3.控制图（Controller Map）控制图区块主要包括显示机器人的型号与主要参数、当前文件的信息和软件互联设置区域等。

《工业机器人系统离线编程与仿真（KUKA）》课程包技术白皮书产品编号P2-89版本号V1.0发布时间2018-10-5目录《工业机器人系统离线编程与仿真（KUKA）》课程包 (1)一、产品定位 (1)二、产品组成 (1)（一）产品组成 (1)（二）产品清单 (1)三、产品特点 (4)（一）教学项目对接典型工作任务 (4)（二）丰富的多媒体数字资源支撑 (4)（三）课件支持个性化编辑 (4)（四）试题支持多种形式，调用快速便捷 (4)五、产品参数及控标点 (5)（一）总体要求 (5)（二）内容要求 (7)六、产品报价 (9)七、产品交付 (10)（一）产品验收 (10)（二）培训服务 (11)八、售后服务 (12)（一）服务范围 (12)（二）免费保修期 (12)（三）服务响应时间 (12)（四）排除故障处理时间 (12)一、产品定位《工业机器人系统离线编程与仿真（KUKA）》是职业院校工业机器人相关专业的核心课程。

课程以软件教具KUKA.Sim Pro为载体，详细讲述构建仿真工业机器人工作站、仿真软件中的模型构建、组件的应用、机器人离线轨迹编辑、工业机器人搬运工作站系统的创建与应用以及工业机器人搬运工作站系统的创建与应用等内容。

通过课程的学习，学生不但可以对KUKA工业机器人离线编程与仿真系统有综合了解，而且可以掌握离线编程与仿真的应用方法。

课程适用于工业机器人相关专业课程的教学和学习，也可以作为从事工业机器人编程、操作、维护相关工作的工程技术人员自学参考。

二、产品组成（一）产品组成《工业机器人系统离线编程与仿真（KUKA）》课程包，属于核心课程，包含工作页、PPT课件、题库及配套数字化资源。

其中，数字化资源包括技能视频和微课。

具体课程及配套内容，如下表1：（二）产品清单《工业机器人系统离线编程与仿真（KUKA）》课程包，包含的项目、任务以及相关的知识、技能点的教学设计内容，如下表1：三、产品特点（一）教学项目对接典型工作任务课程包采用项目化课程模式，教学项目来源于企业、工厂等典型工作任务，经过专业教学设计，突出任务引领、理实一体的特色。

工业机器人离线编程与仿真（基于KUKA）创建机器人用工具项目三构建离线仿真模型任务三目录任务描述任务知识任务实施项目小结学习重点学习创建机器人用工具使用Sim Pro可以创建机器人周边模型，但创建的模型精细度不高。

那对于机器人用的工具，例如末端执行器这种精细度要求高的工具，我们又该如何处理呢？本次任务，我们将学习创建机器人用工具，拆分工具模型和提取模型特征，并定义其链接关节和自由度。

1 2建模软件介绍工具的编辑功能介绍任务知识一、建模软件介绍对精细度要求较高的模型，需要使用CAD或者SolidWorks等工业建模软件先行制作，再导入到Sim Pro中进行处理。

AutoCAD是一款自动计算机辅助设计软件，常用于二维绘图、详细绘制和设计文档，也能进行基本三维设计。

AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。

AutoCAD工作界面如右图所示。

AutoCAD工作界面一、建模软件介绍SolidWorks是一款集二维绘图、三维建模等众多功能的软件，涉及到零件设计、装配设计和工程图等多个工种。

SolidWorks的三维建模功能与CAD的二维绘图功能互相关联，相辅相成。

SolidWorks工作界面如右图所示。

SolidWorks工作界面1 2建模软件介绍工具的编辑功能介绍任务知识二、工具的编辑功能介绍1.拆分模型和提取特征功能在机器人的仿真中，夹具通常用于夹取物件。

因而，夹具的机械结构中，必定有移动关节。

在KUKA.Sim Pro中，我们导入的夹具通常是一个整体模型。

整体模型的关节无法移动，也无法对其示教。

因此，我们需要将模型拆分，将夹具抓手的特征提取出来，并合并相关的特征，便于以后定义夹具的运动关节。

提取模型后得到的体征Merge合并特征功能任务知识二、工具的编辑功能介绍2.机器人用工具—定义链接关节和自由度夹具在抓取物体前，需要抓手向两侧移动一定距离。

那么，就需要定义移动的方式和方向。

机械专业综合课程设计说明书码垛作业工业机器人离线编程与虚拟仿真学院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其制动化学生姓名：学号：指导教师：完成日期：2017年1月4日目录一、设计内容 (1)1、码垛作业机器人工作站构成 (1)2、机器人I/O通信设置 (2)3、搬运类工具坐标系、有效载荷设置 (5)4、常用运动指令使用 (6)运动触发指等Trigg1 (6)5、常用信号设置指令运用 (7)轴配置监控指ConfL (7)6、偏移函数Offs运用 (7)7、录制机器人作业虚拟仿真视频 (9)一、设计内容1、码垛作业机器人工作站构成为了便于仓储与物流，完成包装的产品通常需要码垛在校板上，并且按照客户指定的要求进行产品的堆放。

工业机器人相对于专业码垛机器人来说，具有结构简单、故障率低、便于维护保养、占地面积小、适用性强、能耗低等优势，所以在码垛领域应用非常广泛，尤其是在食品、化工、家电等行业。

本工作站承接第3, 4章工作站内容，产品经过之前的分拣和装箱工序，装有产品的纸箱经过封装后最终通过流水线进入码垛系统，利用ABB公司的IRB 460机器人将纸箱码垛到枝板上，以便进行仓储与物流，如图5-1所示。

图5-1 产品码垛工作站布局1 ）产品箱输送链此输送链对接之前IRB260装箱系统的纸箱输送链，将产品箱传送至输送链末端，并且在末端设置有传感器，检测是否到位，至lj位后将信号传送至机器人系统，则机器人进行下一步产品箱拾取的处理，该工作站设有两条产品箱输送链，以充分利用机器人速度优势，完成多工位码垛任务，如图5-2所示。

2 ）吸盘工具机器人末端法兰盘装有吸盘工具，利用真空发生器产生真空，对产月箱进行拾取处理，机器人利用输出信号控制真空的产生与关闭，从而实现产品箱酌f古以与释放，如图5-3所示。

图5-2 产品箱输送链图5-3 吸盘工具3）枝板在机器人左右两侧各有一个码垛枝板，机器人将产品箱堆放在对应的楼板上，每层摆放5个产品箱，共码垛4层，码垛完成后需要操作工更换枝板，之后继续执行码垛任务，如图5-4所示。