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1、機(jī) 器 人 末 端 執(zhí) 行 器 2.機(jī) 器 人 末 端 執(zhí) 行 器 機(jī) 器 人 末 端 執(zhí) 行 器 裝 在 操 作 機(jī) 手 腕 的 前 端 (稱(chēng) 機(jī) 械 接 口 )， 用 以 直 接 執(zhí) 行工 作 任 務(wù) 。 根 據(jù) 作 業(yè) 任 務(wù) 的 不 同 ， 它 可 以 是 夾 持 器 或 專(zhuān) 用 工 具 等 。 夾 持 器 是 具 有 夾 持 功 能 的 裝 置 ， 如 吸 盤(pán) 、 機(jī) 械 手 爪 、 托 持 器 等 ； 專(zhuān) 用 工 具 是 用 以 完 成 某 項(xiàng) 作 業(yè) 所 需 要 的 裝 置 ， 如 用 于 完 成 焊 接 作 業(yè) 的 氣焊 槍 、 點(diǎn) 焊 鉗 等 。 并 由 此 ， 將 焊 接
2、機(jī) 器 人 又 可 細(xì) 分 為 ： C02焊 機(jī) 器 人 、 TIG焊 機(jī) 器 人 、 MAG/MIG焊 機(jī) 器 人 、 氣 焊 機(jī) 器 人 、 釬 焊 機(jī) 器人 、 點(diǎn) 焊 機(jī) 器 人 、 激 光 焊 機(jī) 器 人 等 。 3 傳 感 器 系 統(tǒng) 機(jī) 器 人 所 用 傳 感 器 又 分 為 內(nèi) 部 傳 感 器 和 外 部 傳 感 器 二 類(lèi) 。 前 者 用 來(lái) 檢 測(cè) 自 身 狀 態(tài) 的 信 息 ， 主 要 是 位 置 、 速 度 、 加 速 度 等 傳 感 器 ，并 且 作 為 反 饋 信 號(hào) 構(gòu) 成 伺 服 控 制 ； 后 者 是 用 來(lái) 檢 測(cè) 機(jī) 器 人 作 業(yè) 對(duì) 象 和 作 業(yè) 環(huán)
3、 境 信 息 的 傳 感 器 ， 如 測(cè) 量 夾 持器 夾 緊 力 的 壓 力 傳 感 器 ， 對(duì) 外 界 進(jìn) 行 識(shí) 別 的 視 覺(jué) 、 觸 覺(jué) 、 聽(tīng) 覺(jué) 等 傳 感 器 。 機(jī) 器 人 常 用 傳 感 器 及 其 功 能 見(jiàn) 表 75。 4 控 制 器 控 制 器 是 個(gè) 專(zhuān) 用 計(jì) 算 機(jī) ， 相 當(dāng) 于 機(jī) 器 人 的 大 腦 ， 它 以 計(jì) 算 機(jī) 程 序 方 式 來(lái)完 成 給 定 任 務(wù) 。 目 前 ， 大 部 分 工 業(yè) 機(jī) 器 人 都 采 用 二 級(jí) 計(jì) 算 機(jī) 控 制 ： 第 一 級(jí) 為 主 CPU， 完 成 系 統(tǒng) 的 監(jiān) 控 、 作 業(yè) 管 理 、 自 診 斷 等 ；
4、第 二 級(jí) 為 子 CPU， 完 成 各 關(guān) 節(jié) 伺 服 系 統(tǒng) 的 控 制 等 。 圖 7.5中主CPU為 總控制器，主要進(jìn)行系統(tǒng)控制和坐標(biāo) 計(jì)算與變 換，包括坐標(biāo) 變 換、插補(bǔ) 計(jì)算、自動(dòng)加減速計(jì)算、加速度驗(yàn)算、橫擺 計(jì)算、自診斷等。 子CPU主要作動(dòng)作控制，包括脈沖分配 、 機(jī) 器 人 零 點(diǎn) 復(fù) 位 、 零 點(diǎn) 減 速 和 開(kāi)關(guān) 位 置 檢 測(cè) 等 。 主 CPU對(duì)子CPU的控制是以命令的形式通過(guò) FIFO棧 來(lái) 傳 遞 的 ； 而 子 CPU的 狀 態(tài) 與 請(qǐng) 求 是 通 過(guò) 并 行 I 0接 口 來(lái) 進(jìn) 行 的 。 機(jī) 器 人 控 制 器 的 控 制 功 能 大 致 有 三 類(lèi) ：
5、 第 一 類(lèi) 是 點(diǎn) 位 控 制 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng) 為 PTP控 制 ， 它 只 要 求 機(jī) 器 人 手 臂 末 端 能 快 速 準(zhǔn) 確 地 從一 點(diǎn) 到 相 鄰 點(diǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 而 對(duì) 其 運(yùn) 動(dòng) 路 徑 不 作 具 體 規(guī) 定 。 這 種 控 制 功 能 用 于 搬 運(yùn) 、 點(diǎn)焊 、 裝 配 等 作 業(yè) 中 。 第 二 類(lèi) 是 連 續(xù) 路 徑 控 制 ， 又 稱(chēng) 連 續(xù) 軌 跡 控 制 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng) CP控 制 。 它 不 但 要 求 機(jī) 器 人 手臂 末 端 從 一 點(diǎn) 到 相 鄰 點(diǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 而 且 要 求 所 走 過(guò) 的 路 徑 是 連 續(xù) 平 滑 的 ， 這 就 需 要 插補(bǔ) 運(yùn) 算
6、， 所 以 這 種 控 制 功 能 多 用 于 噴 涂 、 弧 焊 、 去 飛 邊 等 作 業(yè) 中 。 第 三 類(lèi) 是 移 動(dòng) 控 制 ， 它 包 括 對(duì) 移 動(dòng) 的 路 徑 、 速 度 、 目 標(biāo) 跟 蹤 、 機(jī) 器 人 操 作 機(jī) 的 穩(wěn)定 平 衡 、 越 過(guò) 障 礙 物 及 回 避 障 礙 物 等 的 控 制 ， 這 種 控 制 功 能 多 用 于 作 業(yè) 距 離 較 長(zhǎng)或 野 外 作 業(yè) 等 需 要 機(jī) 器 人 移 動(dòng) 甚 至 行 走 的 場(chǎng) 合 。 此 外 ， 機(jī) 器 人 還 有 一 類(lèi) 附 加 裝 置 ， 如 手 動(dòng) 操 作 器 、 編 程 器 、 示 教 器 等 。 用 這 些附
7、 加 裝 置 可 以 進(jìn) 行 手 動(dòng) 調(diào) 整 機(jī) 器 人 狀 態(tài) 、 編 制 機(jī) 器 人 作 業(yè) 程 序 、 示 教 作 業(yè) 參 數(shù) 或輸 入 修 改 系 統(tǒng) 參 數(shù) 等 工 作 。 三 、 機(jī) 器 人 的 示 教 、 編 程 及 語(yǔ) 言 1 示 教 再 現(xiàn) 為 使 機(jī) 器 人 完 成 規(guī) 定 的 任 務(wù) ， 在 工 作 前 由 操 作 者 把 作 業(yè) 要 求 的 內(nèi) 容 (如 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 行 軌 跡 、 作 業(yè) 順 序 、 工 藝 條 件 等 )預(yù) 先 教 給 機(jī) 器 人 ， 進(jìn) 行 這 種 操 作 稱(chēng) 為 示 教 。 把 示 教 的 內(nèi) 容 保 存 下 來(lái) 稱(chēng) 為 記 憶 。 使
8、機(jī) 器 人 按 示 教 的 內(nèi) 容 動(dòng) 作 稱(chēng) 為 再 現(xiàn) 。 例 如 ， 由 操 作 者 對(duì) 焊 接 機(jī) 器 人 按 實(shí) 際 焊 接 操 作 一 步 步 的 進(jìn) 行 示 教 ， 機(jī) 器 人 即 將 其每 一 步 示 教 的 空 間 位 置 、 焊 槍 姿 態(tài) 以 及 焊 接 參 數(shù) 等 ， 順 序 的 、 精 確 地 存 人 控 制 器計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 的 相 應(yīng) 存 儲(chǔ) 區(qū) 。 示 教 結(jié) 束 的 同 時(shí) ， 就 會(huì) 自 動(dòng) 生 成 一 個(gè) 執(zhí) 行 上 述 示 教 參 數(shù) 的 程 序 。 當(dāng) 實(shí) 際 待 焊 件 到 位 時(shí) ， 只 要給 機(jī) 器 人 一 個(gè) 起 焊 命 令 ， 機(jī) 器 人
9、 就 會(huì) 精 確 的 、 無(wú) 需 人 介 入 的 一 步 步 重 現(xiàn) 示 教 的 全 部 動(dòng) 作 ， 自動(dòng) 完 成 該 項(xiàng) 焊 接 任 務(wù) 。 如 果 需 要 機(jī) 器 人 去 完 成 一 項(xiàng) 新 的 焊 接 任 務(wù) (如 汽 車(chē) 車(chē) 型 改 變 )， 無(wú) 需 對(duì) 機(jī) 器 人 作 任 何 改 裝 ， 只需 要 按 新 任 務(wù) 操 作 重 新 對(duì) 機(jī) 器 人 示 教 就 可 以 實(shí) 現(xiàn) 。 如 果 在 機(jī) 器 人 控 制 器 計(jì) 算 機(jī) 內(nèi) 存 中 同 時(shí) 存 儲(chǔ) 多 種 焊 件 的 示 教 程 序 ， 在 同 一 條 生 產(chǎn) 線 上 就 可 以很 容 易 地 實(shí) 現(xiàn) 多 種 焊 件 同 時(shí) 生
10、產(chǎn) ； 而 僅 需 在 一 種 焊 件 到 來(lái) 時(shí) ， 給 機(jī) 器 人 一 個(gè) 這 種 焊 件 的 識(shí) 別編 碼 即 可 ， 這 就 是 所 謂 柔 性 。 示 教 是 目 前 工 業(yè) 機(jī) 器 人 所 采 用 的 主 要 編 程 方 法 ， 它 是 真 實(shí) 作 業(yè) 環(huán) 境 中 的 在 線 編 程 ， 可 用 手 把手 和 示 教 盒 兩 種 方 法 。 圖 7.6給 出 一 個(gè) 用 于 點(diǎn) 焊 、 弧 焊 的 6自 由 度 工 業(yè) 機(jī) 器 人 的 示 教 盒 例 子 。 示 教 時(shí) 可 利 用 按 鍵 9、 10、11和 12的 6套 鍵 ， 使 機(jī) 器人 按 關(guān) 節(jié) 坐 標(biāo) 、 機(jī) 座 坐標(biāo)
11、 或 工 具 坐 標(biāo) 運(yùn) 動(dòng) 。 鍵 12中 的 10個(gè) 鍵 ， 還 可 作 數(shù) 字 鍵 輸 入 功 能 數(shù) 據(jù) 。用 關(guān) 節(jié) 坐 標(biāo) 鍵 18和 笛 卡爾 坐 標(biāo) 鍵 19設(shè) 定 各 點(diǎn) 位置 的 坐 標(biāo) 形 式 。 利 用 鍵 16和 17選 擇 定 位精 度 ， 其 中 鍵 16為 精 確定 位 ， 鍵 17為 不 精 確 定位 ， 即 所 謂 路 徑 點(diǎn) 。 為 了 再 現(xiàn) 和 驗(yàn) 證 程序 ， 還 有 向 前 一 步鍵 8、 向 后 一 步 鍵 7以 ， 及 連 續(xù) 鍵 6。 此 外 ， 還 可 利 用 鍵24、 26、 27、 28和3輸 入 速 度 、 子 程序 、 I 0輸 入
12、 和 輸出 以 及 工 具 開(kāi) 閉 功能 和 功 能 數(shù) 據(jù) 。 最 后 利 用 記 錄 鍵 21記 錄 各 步 的 位 置 和功 能 數(shù) 據(jù) 信 息 。 如 果 必 要 ， 可 利 用修 改 鍵 20修 改 某 步 的 信 息 。 2 離 線 編 程 示 教 編 程 的 缺 點(diǎn) 在 于 它 是 在 線 ， 示 教 過(guò) 程 中 必 須 停 工 。 離 線 編 程 則 可 克服 這 一 缺 點(diǎn) 。 所 謂 離 線 編 程 ， 即 是 在 與 機(jī) 器 人 分 離 的 裝 置 上 編 制 任 務(wù) 程 序 (為 定 義 機(jī) 器人 系 統(tǒng) 特 定 的 任 務(wù) 所 編 制 的 運(yùn) 動(dòng) 和 輔 助 功 能
13、的 指 令 集 ， 稱(chēng) 任 務(wù) 程 序 )后 ，再 輸 入 到 機(jī) 器 人 中 的 一 種 編 程 方 法 。 離 線 編 程 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 可 減 少 機(jī) 器 人 停 機(jī) 時(shí) 間 ； 讓 程 序 員 脫 離 潛 在 的 危 險(xiǎn) 環(huán) 境 ； 一 套 編 程 系 統(tǒng) 可 以 給 多 臺(tái) 機(jī) 器 人 編 程 。 若 機(jī) 器 人 程 序 格 式 不 同 ， 只 要 采 用 不 同 的 后 置 處 理 即 可 。 另 外 ， 該 編 程能 完 成 示 教 難 以 完 成 的 復(fù) 雜 、 精 確 的 編 程 任 務(wù) ； 通 過(guò) 圖 形 編 程 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 畫(huà) 仿 真 可 驗(yàn) 證 和 優(yōu) 化 程 序
14、 等 。 因 此 ， 離 線 編 程 系 統(tǒng) 已 成 為 機(jī) 器 人 編 程 的 發(fā) 展 趨 向 。 該 系 統(tǒng) 目 前 已 有 多種 供 應(yīng) 市 場(chǎng) ， 例 如 OSMAP公 司 的 ROBCAD等 。 3 編 程 語(yǔ) 言 機(jī) 器 人 語(yǔ) 言 是 供 用 戶 編 寫(xiě) 機(jī) 器 人 程 序 的 專(zhuān) 用 計(jì) 算 機(jī) 語(yǔ) 言 。 編 程 語(yǔ) 言 的 功 能 決 定 了 機(jī) 器 人 的 適 應(yīng) 性 和 給 用 戶 的 方 便 性 ， 但 至 今 還 沒(méi) 有 完 全 公認(rèn) 的 通 用 機(jī) 器 人 編 程 語(yǔ) 言 ， 而 每 個(gè) 機(jī) 器 人 制 造 廠 都 有 自 己 的 語(yǔ) 言 。 機(jī) 器 人 編 程
15、語(yǔ) 言 主 要 有 兩 類(lèi) ： 面 向 機(jī) 器 人 的 編 程 語(yǔ) 言 與 面 向 任 務(wù) 的 編 程 語(yǔ) 言 。 (1)面 向 機(jī) 器 人 的 編 程 語(yǔ) 言 其 主 要 特 點(diǎn) 是 描 述 機(jī) 器 人 的 動(dòng) 作 序 列 ， 每 一 條 語(yǔ) 句 大約 相 當(dāng) 于 機(jī) 器 人 的 一 個(gè) 動(dòng) 作 ， 整 個(gè) 程 序 控 制 機(jī) 器 人 完 成 全 部 作 業(yè) 。 該 語(yǔ) 言 有 如 下三 種 ： 專(zhuān) 用 的 機(jī) 器 人 語(yǔ) 言 ， 例 如 用 于 PUMA機(jī) 器 人 上 的 V+語(yǔ) 言 ， 它 具 有 集 成 化 、 多 任 務(wù) 、多 處 理 器 、 良 好 的 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 、 較 完
16、備 的 語(yǔ) 言 功 能 ， 編 程 水 平 還 可 以 進(jìn) 一 步 提 高 ，有 高 精 度 定 位 系 統(tǒng) (選 件 )等 特 點(diǎn) ； 在 現(xiàn) 有 計(jì) 算 機(jī) 語(yǔ) 言 的 基 礎(chǔ) 上 加 機(jī) 器 人 子 程 序 庫(kù) ， 例 如 美 國(guó) 機(jī) 器 人 公 司 開(kāi) 發(fā) 的ARBasic語(yǔ) 言 ； 開(kāi) 發(fā) 一 種 新 的 通 用 語(yǔ) 言 加 上 機(jī) 器 人 子 程 序 庫(kù) ， 例 如 IBM公 司 開(kāi) 發(fā) 的 AML機(jī) 器 人 語(yǔ) 言 。 (2)面 向 任 務(wù) 的 機(jī) 器 人 編 程 語(yǔ) 言 其 特 點(diǎn) 是 允 許 用 戶 發(fā) 出 直 接 命 令 ， 以 控 制 機(jī) 器人 去 完 成 一 個(gè) 具 體
17、 的 任 務(wù) ， 而 不 需 要 說(shuō) 明 機(jī) 器 人 需 要 采 取 的 每 一 個(gè) 動(dòng) 作 的 細(xì) 節(jié) 。如 美 國(guó) 的 RCCL， 機(jī) 器 人 編 程 語(yǔ) 言 ， 就 是 用 C語(yǔ) 言 和 一 組 C函 數(shù) 來(lái) 控 制 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 的任 務(wù) 級(jí) 機(jī) 器 人 語(yǔ) 言 。 焊 接 機(jī) 器 人 的 編 程 語(yǔ)言， 目 前 都 屬 于 面 向 機(jī) 器 人 的 語(yǔ) 言 ； 面 向 任 務(wù) 的 機(jī) 器 人 語(yǔ) 言尚 屬 開(kāi) 發(fā) 階 段 。 1 機(jī) 器 人 操 作 狀 態(tài) 圖 如 圖 7-7中 的 描 述 ， 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 由 一 個(gè) 有 限 狀 態(tài) 自 動(dòng) 化 裝 置 來(lái) 建 模 。 圖
18、 中 轉(zhuǎn)移 編 號(hào) 的 說(shuō) 明 ： 1裝 載 ， 某 些 任 務(wù) 程 序 被 裝 入 機(jī) 器 人 系統(tǒng) 控 制 器 中 。 2清 除 ， 由 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 控 制 器 中 移 去 任務(wù) 程 序 。 3賦 值 ， 已 準(zhǔn) 備 好 一 個(gè) 已 裝 載 的 任 務(wù) 程序 以 供 執(zhí) 行 。 4去 值 ， 賦 值 的 反 面 。 5程 序 開(kāi) 始 ， 機(jī) 器 人 進(jìn) 入 ROBOT-EXECUTING狀 態(tài) 。 6執(zhí) 行 結(jié) 束 ， 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 被 停 止 ， 且 機(jī)器 人 被 返 回 到 ROBOTLOADED狀 態(tài) 。 7程序復(fù)位，一個(gè)已暫停的機(jī)器人被返回到ROBOT-READY狀態(tài)
19、。 8暫停，機(jī)器人已臨 時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。 9繼 續(xù)，暫停的機(jī)器人返回到ROBOT-EXECUTING狀態(tài)。 10清除(異常終止)，除任務(wù)程序未執(zhí)行完成外，其它與清除同。 11清除(舍棄)，除任務(wù)程序未開(kāi)始外，其它與清除同。 12應(yīng) 急 動(dòng) 作 ， 將 機(jī) 器 人 置 入 要 求 手 動(dòng) 介入 狀 態(tài) 。 2 機(jī) 器 人 操 作 狀 態(tài) 說(shuō) 明 (1)ROBOT-IDEI。 (機(jī) 器 人 空 閑 ) 該 狀 態(tài) 對(duì) 應(yīng) 在 系 統(tǒng) 內(nèi) 機(jī) 器 人 沒(méi) 有 任 務(wù) 程序 可 用 時(shí) 的 機(jī) 器 人 狀 態(tài) 。 當(dāng) 機(jī) 器 人 剛 開(kāi) 始 供 電 時(shí) ， 或 當(dāng) 其 完 成 一 個(gè) 任 務(wù) 程序 執(zhí) 行
20、 和 任 務(wù) 程 序 由 系 統(tǒng) 內(nèi) 移 去 時(shí) ， 將 發(fā) 生 此 狀 態(tài) 。 (2)ROBOT-LOADED(機(jī) 器 人 已 裝 載 ) 該 狀 態(tài) 對(duì) 應(yīng) 在 系 統(tǒng) 內(nèi) 有 一 個(gè) 或 多 個(gè) 可用 的 任 務(wù) 程 序 時(shí) 的 機(jī) 器 人 狀 態(tài) 。 (3)ROBOT-READY(機(jī) 器 人 準(zhǔn) 備 完 畢 ) 該 狀 態(tài) 表 示 一 個(gè) 可 供 機(jī) 器 人 執(zhí) 行 的 任務(wù) 程 序 已 被 賦 值 。 (4)ROBOT-EXECUTING(機(jī) 器 人 執(zhí) 行 ) 該 狀 態(tài) 中 ， 機(jī) 器 人 在 操 作 ， 其 運(yùn) 動(dòng) 是使 能 運(yùn) 動(dòng) 。 (5)ROBOT-MOTION-PAUS
21、ED(機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 暫 停 ) 該 狀 態(tài) 中 運(yùn) 動(dòng) 不 是 使 能 運(yùn) 動(dòng) 。機(jī) 器 人 的 任 務(wù) 程 序 可 能 在 運(yùn) 行 ， 也 可 能 已 停 止 。 (6)MANUAL-INTERVENTION-REQUIRED(要 求 手 動(dòng) 介 入 ) 在 此 狀 態(tài) 中 ， 全 部 運(yùn)動(dòng) 已 經(jīng) 停 止 。 此 時(shí) ， 為 了 完 成 某 些 其 它 的 必 要 活 動(dòng) ， 需 要 靠 機(jī) 器 人的 操 作 者 執(zhí) 行 某 些 局 部 動(dòng) 作 。 在 此 局 部 動(dòng) 作 后 ， 機(jī) 器 人 才 可 進(jìn) 入 某 一 其 它狀 態(tài) 。 除 機(jī) 器 人 操 作 狀 態(tài) 外 ， 機(jī) 器 人
22、 能 夠 被 描 述 為 處 于 “ 正 在 本 地 控 制 中 ” 或“ 不 在 本 地 控 制 中 ” 。 前 者 意 味 著 某 些 本 地 作 用 因 素 ， 如 操 作 員 正 在 控 制 儀 表 板 、 示 教 盒 或 其等 同 物 上 正 在 進(jìn) 行 控 制 操 作 ， 以 確 定 機(jī) 器 人 可 作 哪 些 運(yùn) 動(dòng) 或 機(jī) 器 人 可 運(yùn)行 哪 些 任 務(wù) 程 序 ； 若 機(jī) 器 人 “ 不 在 本 地 控 制 中 ” ， 則 機(jī) 器 人 可 照 常 運(yùn) 行 任 務(wù) 程 序 ， 此 時(shí) ，任 何 本 地 作 用 因 素 都 沒(méi) 有 能 力 停 止 或 修 改 在 運(yùn) 行 的 任 務(wù) 程 序 。 帶 遠(yuǎn) 程 控 制 器 的 機(jī) 器 人 ， 可 由 這 種 遠(yuǎn) 程 控 制 器 取 得 對(duì) 該 機(jī) 器 人 的 控 制 權(quán) 。 除 正 常 操 作 外 ， 大 多 數(shù) 機(jī) 器 人 都 具 有 校 準(zhǔn) 機(jī) 器 人 軸 的 輔 助 功 能 。 此 功 能按 類(lèi) 似 于 正 常 任 務(wù) 程 序 的 方 式 操 作 ， 除 由 于 校 準(zhǔn) 功 能 的 存 在 使 機(jī) 器 人 不處 于 LOADED狀 態(tài) 外 ， 服 從 圖 7-7的 狀 態(tài) 圖 。
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