工业机器人示教器功能分析和发展趋势预测.pdf

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ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa安川电机、川崎重工、 OTC，德国的KUKARoboter、CLOOS、REISKUKA，美国的AdeptTechnology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics、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i 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 ii 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 iii 及工具坐标系( Tool Coordinates) 或用户坐标系(User Coordinates) 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 iv 。 chinagf@ 高峰收集整理 1 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。 图2.4.2 示教时的数据流关系 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。v 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。