工业机器人示教器功能分析和发展趋势预测.docx

1. 工业机器人示教器功能分析和发展趋势预测据调研，机器人示教器是工业机器人的主要组成部分，其设计与研究均由各厂家自行研制。著名的公司有：瑞典的ABBRobotics，日本的FANUC、Yaskawa安川电机、川崎重工、OTC，德国的KUKARoboter、CLOOS、REISKUKA，美国的AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TRobotics、Miler，意大利的COMAU，英国的Auto-TechRobotics，加拿大的JcdInternationalRobotics，以色列的RobogroupTek公司，奥地利IGM等公司。其中，全球排名前三甲的是ABB、FANUC和KUKA公司。经过与厂家沟通，我们获得了部分资料。1.1. 机器人示教系统的原理、分类及特点针对现代工业快速多变以及日益增长的复杂性要求，继柔性制造、计算机集成制造、精良生产及并行工程，在面向未来工业应用的生产单元中，机器人不仅被要求“不知疲倦”地进行简单重复工作，而且能作为一个高度柔性、开放并具有友好的人机交互功能的可编程、可重构制造单元融合到制造业系统中。这一能力的实现要求现阶段机器人技术整体的进步，示教技术就是其中重要的一项。机器人因为能被编程完成不同的任务而被视为柔性的自动化设备。通过某一设备或方式实现对机器人作业任务的编程，这个过程就是机器人的示教过程。现有的机器人示教系统可以分为以下三类：（1）示教再现方式示教再现（teachingplayback），也称为直接示教,就是指我们通常所说的手把手示教,由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教,如示教盒示教或操作杆示教等。在这种示教中,为了示教方便以及获取信息的快捷而准确,操作者可以选择在不同坐标系下示教,例如,可以选择在关节坐标系(JointCoordinates)、直角坐标系(RectangularCoordinates以及工具坐标系(ToolCoordinates)或用户坐标系(UserCoordinates)下进行示教。示教再现是机器人普遍采用的编程方式，典型的示教过程是依靠操作员观察机器人及其夹持工具相对于作业对象的位姿，通过对示教盒的操作，反复调整示教点处机器人的作业位姿、运动参数和工艺参数，然后将满足作业要求的这些数据记录下来，再转入下一点的示教整个示教过程结束后，机器人实际运行时使用这些被记录的数据，经过插补运算，就可以再现在示教点上记录的机器人位姿。这个功能的用户接口是示教器键盘，操作证通过通过操作示教器，向主控计算机发送控制命令，操纵主控计算机上的软件，完成对机器人的控制；其次示教器将接收到的当前机器人运动和状态等信息通过液晶屏完成显示。示教器通过线缆与主控计算机相连。图2.4.1机器人操作流程控制简图在这种示教方式中，示教盒是一个重要的编程设备，一般具备直线、圆弧、关节插补以及能够分别在关节空间和笛卡尔空间实现对机器人的控制等功能。示教时，如图10所示，当用户按下示教键盘上的按键时，示教器通过线缆向主控计算机发出相应的指令代码（S0）；此时，主控计算机上的主控模块中负责串口通信的通信子模块中的串口监视线程接收指令代码（S1）；然后由指令码解释模块分析判断该指令码，并进一步向相关模块发送与指令码相应的消息（S2）;驱动有关模块完成该指令码要求的具体功能（S3）;同时，为了让操作用户时刻掌握机器人的运动位置和各种状态信息，主控计算机的有关模块同时将状态信息（S4）从串口发送给示教器（S5），在液晶显示屏上显示，从而与用户沟通，完成数据的交换功能。在早期的示教再现系统中，还有一种人工牵引示教[2]。一般是操作员直接牵引机器人沿作业路径运动一遍，对于难以直接牵引的大、中型功率液压机器人，这种方式并不合适。于是又有人工模拟牵引示教，在牵引的过程中，由计算机对机器人各关节运动数据采样记录，得到作业路径数据。由于这些数据是各关节的数据，因此这种方法又被称为关节坐标示教法。这种示教方法的优点是控制简单，缺点是劳动强度大，操作技巧性高，精度不易保证。如果示教失误，修正路径的唯一方法就是重新示教。这些形式不同的机器人示教再现系统具有如下的一些共同特点：·利用了机器人具有较高的重复定位精度优点，降低了系统误差对机器人运动绝对精度的影响，这也是目前机器人普遍采用这种示教方式的主要原因；·要求操作员具有相当的专业知识和熟练的操作技能，并需要现场近距离示教操作，因而具有一定的危险性，安全性较差；·示教过程繁琐、费时,需要根据作业任务反复调整机器人的动作轨迹姿态与位置，时效性较差。（2）离线编程方式基于CAD/CAM的机器人离线编程示教，是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，使用某种机器人编程语言，通过