工业机器人编程与操作.pdf

职业教育工业机器人应用与维护专业规划教材 工业机器人编程与操作 主 编 邹火军 杨杰忠 刘 伟 副主编 陈令平 李 胡 甘梓坚 参 编 潘协龙 冯世鑫 关文涛 李仁芝 周立刚 余英旺 吴 昭 邓明才 覃克杰 廖天碑 内 容 简 介 本书分为两大模块：工业机器人基础知识、工业机器人示教编程与操作。每个模块以任务驱动教学法为主线，以应用为目的，以具体的任务为载体，主要任务有：认识工业机器人，工业机器人的机械结构和运动控制，工业机器人工具坐标系的标定与测试，工业机器人运动轨迹的编程与操作，工业机器人检测排列单元的编程与操作，工业机器人水平搬运单元的编程与操作，工业机器人零件码垛单元的编程与操作，工业机器人工件装配单元的编程与操作，工业机器人车窗涂胶单元的编程与操作。本书可作为技工院校、技师学院工业机器人应用与维护专业教材，中等职业学校机电技术应用专业和高等职业院校机电一体化专业教材，也可作为电气设备安装与维修和机电设备安装与维修岗位培训教材。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 工业机器人编程与操作/邹火军，杨杰忠，刘伟主编.北京：电子工业出版社，2018.7 ISBN 978-7-121-32265-5.工.邹 杨 刘.工业机器人程序设计.TP242.2 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 174075 号 策划编辑：张 凌 责任编辑：张 凌 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：10.75 字数：275.2 千字 版 次：2018 年 7 月第 1 版 印 次：2018 年 7 月第 1 次印刷 定 价：28.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至，盗版侵权举报请发邮件至。本书咨询联系方式：（010）88254583，。序 言“十三五”期间，以“工业 4.0”为背景，紧跟“中国制造 2025”发展战略，加速转变生产方式，调整产业结构，将是我国国民经济和社会发展的重中之重。而要完成这种转变和调整，就必须有一大批高素质的技能型人才作为坚实的后盾。根据国家中长期人才发展规划纲要（20102020 年）的要求，至 2020 年，我国高技能人才占技能劳动者的比例将由 2008年的 24.4%上升到 28%（目前一些经济发达国家的这个比例已达 40%）。可以预见，作为高技能人才培养重要组成部分的高级技工教育，在未来的 10 年必将会迎来一个高速发展的黄金期。近几年来，各职业院校都在积极开展工业机器人应用与维护高级工培养的试点工作，并取得了较好的成果。但由于起步较晚，我国的课程体系、教学模式都还有待完善和提高，教材建设也相对滞后，至今还没有一套适合高级技工教育快速发展需要的，成体系、高质量的教材。即使有工业机器人应用与维护高级工教材，也不是很完善，或是内容陈旧、实用性不强，或是形式单一、无法突出高技能人才培养的特色，更没有形成合理的体系。因此，开发一套体系完整、特色鲜明、适合理论实践一体化教学、反映企业最新技术与工艺的工业机器人应用与维护高级工教材，就成为高级技工教育亟待解决的课题。鉴于工业机器人应用与维护高级技工短缺的现状，广东三向教学仪器设备有限公司、广西机电技师学院与电子工业出版社从 2012 年 6 月开始，组织相关人员采用走访、问卷调查、座谈会等方式，到全国具有代表性的机电行业企业、部分省市的职业院校进行了调研，对目前企业对工业机器人应用与维护高级工的知识、技能要求，学校工业机器人应用与维护高级工教育教学现状、教学和课程改革情况，以及对教材的需求等有了比较清晰的认识。在此基础上，紧紧依托行业优势，以为企业输送满足其岗位需求的合格人才为最终目标，组织了行业和技能教育方面的专家对编写内容、编写模式等进行了深入探讨，形成了本教材的编写框架。本教材的编写指导思想明确，坚持以达到国家职业技能鉴定标准和就业能力为目标，以专业（工种）的工作内容为主线，以工作任务为引领，由浅入深，循序渐进，精简理论，突出核心技能与实操能力，使理论与实践融为一体，充分体现“教”“学”“做”合一的教学思想，致力于构建符合当前教学改革方向的，以培养应用型、技术型和创新型人才为目标的教材体系。本教材重点突出三个特色：一是“新”字当头，即体系新、模式新、内容新。体系新是把教材以学科体系为主转变为以专业技术体系为主；模式新是把教材传统章节模式转变为以工作过程的项目任务为主；内容新是教材充分反映了新材料、新工艺、新技术、新方法等“四新”知识。二是注重科学性。教材从体系、模式到内容符合教学规律，符合国内外制造技术水平的实际情况。在具体任务和实例的选取上，突出先进性、实用性和典型性，便于组织教学，以提高学生的学习效率。三是体现普适性。由于当前工业机器人应用与维护高级工生源既有中职毕业生，又有高中生，各自学制也不同，还要考虑到在职员工，因此在教材内容安排上尽量照顾到了不同的求学者，适用面比较广泛。我相信，本教材的出版，对深化职业技术教育改革，提高工业机器人应用与维护高级工培养的质量，都会起到积极的作用。在此，我谨向各位作者和为这套教材出力的学者和单位表示衷心的感谢。向金林 广西机电技师学院院长 前 言 为贯彻全国职业院校坚持以就业为导向的办学方针，实现以课程对接岗位、教材对接技能的目的，更好地适应“工学结合、任务驱动模式”教学的要求，满足项目教学法的需要，特编写此书。本书依据国家职业标准编写，各个知识点和操作技能都以任务的形式出现。本书精心选择教学内容，对专业技术理论及相关知识不追求面面俱到，也不过分强调学科的理论性、系统性和完整性，但力求涵盖国家职业标准中必须掌握的知识和具备的技能。本书分为两大模块：工业机器人基础知识和工业机器人示教编程与操作。每个模块以任务驱动教学法为主线，以应用为目的，以具体的任务为载体，主要任务有：认识工业机器人，工业机器人的机械结构和运动控制，工业机器人工具坐标系的标定与测试，工业机器人运动轨迹的编程与操作，工业机器人检测排列单元的编程与操作，工业机器人水平搬运单元的编程与操作，工业机器人零件码垛单元的编程与操作，工业机器人工件装配单元的编程与操作，工业机器人车窗涂胶单元的编程与操作。在任务的选择上，以典型的工作任务为载体，坚持以能力为本位，重视实践能力的培养；在内容的组织上，整合相应的知识和技能，实现理论和操作的统一，有利于实现“理实一体化”教学，充分体现了认知规律。本书是在充分吸收国内外职业教育先进理念的基础上，总结了众多学校一体化教学改革的经验，集众多一线教师多年的教学经验和企业实践专家的智慧完成的。在编写过程中，力求实现内容通俗易懂，既方便教师教学，又方便学生自学。特别是在操作技能部分，图文并茂，侧重于对程序设计、电路安装、通电试车过程和故障检修内容的细化，以提高学生在实际工作中分析和解决问题的能力，实现职业教育与社会生产实际的紧密结合。本书在编写过程中得到了广西机电技师学院、广东机械技师学院、广东三向教学仪器制造有限公司、广西柳州钢铁集团、上汽通用五菱汽车有限公司、柳州九鼎机电科技有限公司的同行们的大力支持，在此一并表示感谢。由于编者水平有限，书中若有错漏和不妥之处，恳请读者批评指正。编 者 VII 目 录 模块一 工业机器人基础知识.1 任务 1 认识工业机器人.1 任务 2 工业机器人的机械结构和运动控制.16 模块二 工业机器人示教编程与操作.44 任务 1 工业机器人工具坐标系的标定与测试.44 任务 2 工业机器人运动轨迹的编程与操作.57 任务 3 工业机器人检测排列单元的编程与操作.90 任务 4 工业机器人水平搬运单元的编程与操作.102 任务 5 工业机器人零件码垛单元的编程与操作.113 任务 6 工业机器人工件装配单元的编程与操作.131 任务 7 工业机器人车窗涂胶单元的编程与操作.141 附录 ABB 机器人实际应用中的指令说明.153 1 模块一 工业机器人基础知识 任务 1 认识工业机器人 知识目标 1掌握工业机器人的定义。2熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用。3了解工业机器人的发展现状和趋势。能力目标 1能结合工厂自动化生产线说出搬运机器人、码垛机器人、装配机器人、涂装机器人和焊接机器人的应用场合。2能进行简单的工业机器人操作。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术，是当代备受研究关注、应用日益广泛的领域。机器人的应用情况是反映一个国家工业自动化水平的重要标志。本次任务的主要内容就是了解工业机器人的现状和发展趋势；通过现场参观，认识工业机器人相关企业；现场观摩或在技术人员的指导下操作工业机器人，了解其基本组成。一、工业机器人的定义及特点 1工业机器人的定义 国际上对机器人的定义有很多。美国机器人协会（RIA）将工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零部件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。”日本工业机器人协会（JIRA）将工业机器人定义为：“工业机器人是一种有记忆装置和末 2 端执行器的装备，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”在我国 1989 年的国标草案中，工业机器人被定义为：“一种自动定位控制，可重复编程、多功能的、多自由度的操作机”。操作机被定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。”国际标准化组织（ISO）曾于 1984 年将工业机器人定义为：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程的操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。”2工业机器人的特点（1）可编程 生产自动化的进一步发展是柔性自动化。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、转腰、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有计算机。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、语音功能传感器等。（3）通用性 除了专门设计的专用工业机器人外，一般机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。例如，更换工业机器人手部末端执行器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。（4）机电一体化 第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是与计算机技术的应用密切相关。工业机器人与自动化成套技术，集中并融合了多项学科，涉及多项技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。二、工业机器人的历史和发展趋势 1工业机器人的诞生“机器人”（Robot）这一术语是 1921 年捷克著名剧作家、科幻文学家、童话寓言家卡雷尔恰佩克首创的，它成了“机器人”一词的起源，此后一直沿用至今。不过，人类对于机器人的梦想却已延续数千年之久。如古希腊古罗马神话中冶炼之神用黄金打造的机械仆人、希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯、犹太传说中的泥土巨人、我国西周时代能歌善舞的木偶“倡者”和三国时期诸葛亮的“木牛流马”传说等。而到了现代，人类对于机器人的向往，从机器人频繁出现在科幻小说和电影中已不难看出，科技的进步让机器人不仅停留在科幻故事里，它正一步步“潜入”人类生活的方方面面。1959 年，美国发明家伯格与德沃尔制造了世界上第一台工业机