機器人焊接課件：初識焊接機器人的任務編程

機器人焊接初識焊接機器人的任務編程項目任務

初識焊接機器人的任務編程學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展拓展閱讀知識測評任務3.1創(chuàng)建機器人焊接任務程序3.1.1

焊接機器人系統(tǒng)通電3.1.2示教盒的按鍵布局3.1.3示教盒的界面窗口3.1.4機器人任務程序創(chuàng)建3.2.2焊接機器人的編程方法3.2.3焊接機器人的軌跡示教任務3.2編制機器人平板堆焊任務程序3.2.4機器人焊接區(qū)間的示教3.2.2焊接機器人的編程內容學習目標能夠識別機器人示教盒按鍵及功能。能夠歸納焊接機器人示教的主要內容和基本流程。能夠規(guī)劃焊接機器人的運動軌跡。知識學習1/50技能訓練素養(yǎng)提升能夠正確接通與關閉焊接機器人系統(tǒng)電源。能夠新建和加載焊接機器人任務程序。能夠完成機器人平板堆焊的示教編程。培養(yǎng)吃苦耐勞、愛崗敬業(yè)，甘于奉獻的職業(yè)人格。養(yǎng)成精益求精、規(guī)范操作、心無旁騖的職業(yè)素養(yǎng)。培養(yǎng)學生的活學活用的能力和學習遷移能力，激發(fā)學生的專業(yè)學習興趣。學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析學習導圖2/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析燈塔傳承3/50電焊高級技師，湖南首位女性“大國工匠”。從18歲開始，在23年焊花飛舞的花樣年華中，易冉以鋼鐵作布料，焊出了一手技驚世界的絕活。她主持、參與了30多種型號重載高速新型車試制，先后率隊參與焊接攻關項目試驗100余項（次）。截至目前，易冉參與焊出的8萬余輛新型重載高速鐵路貨車，質量全優(yōu)。學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析請動動你的小手掃描書本二維碼吧！易冉3.1創(chuàng)建機器人焊接任務程序4/50任務提出學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析要求使用示教盒新建一個“Test”程序，完成FANUC

機器人焊接任務程序創(chuàng)建，為后續(xù)任務示教與程序編輯做好前期準備。焊接機器人系統(tǒng)程序可以分為控制程序和任務程序。控制程序定義焊接機器人或焊接機器人系統(tǒng)的能力、動作和響應度的固有的控制指令集，通常是在安裝前生成的，并且以后僅由制造商修改。任務程序是定義焊接機器人系統(tǒng)完成特定任務所編制的運動和輔助功能的指令集，一般是在安裝后生成的，并可在規(guī)定的條件下由通過培訓的人員（如編程員）修改。3.1.1焊接機器人系統(tǒng)通電5/50合理的系統(tǒng)通電順序是保證焊接機器人系統(tǒng)正常安全運行的基本前提，也是避免安全事故發(fā)生和設備損壞的基礎保障。學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析焊接機器人系統(tǒng)通電操作流程3.1.1焊接機器人系統(tǒng)通電6/50除電源融合型焊接機器人外，從電網市電（一次電源）到機器人控制器額定輸入電壓（二次電源），成熟品牌的焊接機器人制造商通常會增加一個變壓器模塊。對FANUC焊接機器人而言，可以參照如下步驟啟動進入系統(tǒng)：學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析（1）閉合一次電源設備開關（2）接通焊接電源及附屬設備電源。（3）接通機器人控制器電源。（4）系統(tǒng)登錄角色切換。工3.1.1焊接機器人系統(tǒng)通電7/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析權限等級職業(yè)崗位機器人操作權限生產操作員啟動或關閉機器人工作站、啟動任務程序、選擇運行方式示教編程員啟動任務程序、選擇任務程序、選擇運行方式、工具坐標系設置、機器人零點校準、系統(tǒng)參數(shù)配置、任務編程調試設置安裝維護工程師啟動或關閉機器人工作站、啟動任務程序、選擇任務程序、選擇運行方式、工具坐標系設置、機器人零點校準、系統(tǒng)參數(shù)配置、任務編程調試、系統(tǒng)投入運行、日常保養(yǎng)維護、設備故障維修、系統(tǒng)停止運轉、設備吊裝運輸?shù)燃?～7—默認與“生產”權限等同，可由“安裝”身份自定義權限FANUC機器人（弧焊）系統(tǒng)初始界面FANUC機器人系統(tǒng)權限管理3.1.2示教盒的按鍵布局8/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析示教盒作為調試、編程、監(jiān)控、仿真等多功能智能交互終端，主要由（物理）按鍵、顯示屏以及外設接口等組成。按功能劃分，可將上述物理按鍵分成安全、菜單、點動、編輯、測試、應用和狀態(tài)七類功能鍵。FANUC機器人示教盒按鍵布局請動動你的小手掃描書本二維碼吧！3.1.3示教盒的界面窗口9/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析除物理鍵控開關操作外，機器人示教盒具有的點動、調試、監(jiān)控等功能還可以通過（彈出）菜單、界面及軟鍵控開關等方式實現(xiàn)。（1）界面顯示1—狀態(tài)欄（指示燈）2—狀態(tài)欄（文本信息）3—標題欄4—狀態(tài)欄（速度倍率）5—主窗口區(qū)6—功能菜單（圖標）欄請動動你的小手掃描書本二維碼吧！3.1.3示教盒的界面窗口10/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析當進行機器人功能測試、程序驗證等較復雜操作時，需要及時查閱系統(tǒng)I/O狀態(tài)，此時可以通過【上檔鍵】+【分屏鍵】組合鍵，分割示教盒液晶界面，然后單獨點按【分屏鍵】在多界面之間切換。FANUC機器人示教盒的界面分割與切換3.1.3示教盒的界面窗口11/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析（2）菜單選擇FANUC機器人示教盒的彈出菜單可以分成四類：主菜單、輔助菜單、功能菜單和彈出菜單。FANUC機器人示教盒的彈出菜單3.1.3示教盒的界面窗口12/50學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析（3）數(shù)值和字符串輸入在機器人任務程序創(chuàng)建和編輯過程中，經常需要變更指令參數(shù)，即交互輸入數(shù)字和字符串等。FANUC機器人示教盒的交互輸入3.1.4機器人任務程序創(chuàng)建13/50文件是數(shù)據在機器人控制器（系統(tǒng)）內的存儲單元。一般來講，機器人控制器（系統(tǒng)）存儲的文件包含系統(tǒng)運行文件和系統(tǒng)應用文件兩種類型。學習目標學習導圖燈塔傳承任務提出知識準備任務分析新建程序1）切換控制器操作面板上的【模式旋鈕】至“T1”或“T2”位置（手動模式）2）將示教盒左上角的【使能鍵】對準“ON”，啟用機器人示教盒3）點按【一覽鍵】，彈出機器人任務程序一覽界面4）點按【功能菜單】選擇界面功能菜單（圖標）欄的“創(chuàng)建”，彈出“新建任務程序”界面5）使用軟鍵盤等輸入任務程序名稱，連續(xù)點按【回車鍵】確認，新創(chuàng)建的任務程序文件（*.TP）被記憶至機器人控制器（系統(tǒng)）存儲單元保存程序1）點按【輔助菜單】，彈出系統(tǒng)輔助菜單2）點按【方向鍵】移動光標，選擇彈出菜單中的“保存”，任務程序文件（*.TP）被記憶至機器人控制器（系統(tǒng)）存儲單元刪除程序1）點按【一覽鍵】，切換至機器人任務程序一覽界面2）點按【功能菜單】選擇界面功能菜單（圖標）欄的“刪除”，界面顯示“是否刪除？”確認信息3）點按【功能菜單】選擇界面功能菜單（圖標）欄的“是”，確認后刪除選擇的機器人任務程序打開程序1）點按【一覽鍵】，切換至機器人任務程序一覽界面2）點按【方向鍵】移動光標，選擇目標程序文件3）點按【回車鍵】確認，進入機器人任務程序編輯界面任務實施14/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展使用FANUC機器人示教盒新建一個“TEST”任務程序文件。1）參照上文焊接機器人系統(tǒng)通電規(guī)范，依次接通焊接電源和機器人控制器電源。2）切換控制器操作面板上的【模式旋鈕】至“T1”或“T2”位置（手動模式）。3）將示教盒左上角的【使能鍵】對準“ON”，啟用機器人示教盒。4）點按【一覽鍵】，彈出機器人任務程序一覽界面。FANUC機器人任務程序一覽界面任務實施15/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展使用FANUC機器人示教盒新建一個“TEST”任務程序文件。（5）點按F2【功能菜單】選擇界面功能菜單（圖標）欄的“創(chuàng)建”，彈出“新建任務程序”界面。（6）點按F2【功能菜單】選擇界面功能菜單（圖標）欄的“詳細”，切換至“程序文件屬性”查閱編輯界面。任務拓展16/50當創(chuàng)建的焊接機器人任務程序較為重要時，如何避免任務程序被誤刪除？任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展擴展閱讀焊接機器人任務程序備份與加載在焊接機器人系統(tǒng)實際應用中，需要常態(tài)化處理任務變更、焊槍更換以及意外斷電導致的系統(tǒng)文件損壞等問題，定期備份機器人系統(tǒng)應用文件就顯得尤為重要。對于FANUC焊接機器人而言，其常見的系統(tǒng)應用文件類型包括任務程序（*.TP）、系統(tǒng)參數(shù)（*.SV）等。17/50任務分析任務實施任務評價任務拓展拓展閱讀知識測評請動動你的小手掃描書本二維碼吧！3.2編制機器人平板堆焊任務程序18/50任務提出任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展工具：富氬氣體（如Ar80%+CO220%）直徑為1.0mm的ER50-6實心焊絲FANUC焊接機器人要求：在碳素鋼表面平敷堆焊一道焊縫焊縫寬度為8mm完成

FANUC機器人的簡單示教編程深化對焊接機器人“示教-再現(xiàn)”工作原理的理解3.2.1焊接機器人的編程內容19/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展采用“數(shù)字焊工”進行自動化焊接作業(yè)，需預先賦予機器人“仿人”信息，即焊接機器人任務編程（示教）的主要內容，包括運動軌跡、焊接條件和動作次序。焊接機器人的任務程序界面3.2.1焊接機器人的編程內容20/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展運動軌跡運動軌跡是為完成焊接作業(yè)，機器人工具中心點（TCP）所掠過的路徑。焊接條件機器人焊接作業(yè)涉及氣、電、液等多元介質，工藝參數(shù)較多，關鍵參數(shù)包括焊接電流（或送絲速度）、電弧電壓、焊接速度、收弧電流、弧坑處理時間等。動作次序在一些簡單的焊接任務場合，機器人動作次序與運動軌跡規(guī)劃合二為一。機器人與周邊（工藝）輔助設備的動作協(xié)調或協(xié)同，應以保證焊接質量、減少停機時間、確保生產安全為基本準則，可以通過調用信號處理和流程控制等次序（邏輯）指令實現(xiàn)。3.2.2焊接機器人的編程方法21/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展目前常用的焊接機器人任務編程方法有兩種，示教編程和離線編程。焊接機器人的編程方法3.2.2焊接機器人的編程方法22/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（1）示教編程

編程員直接手動拖拽機器人末端執(zhí)行器，或通過示教盒點動機器人逐步通過指定位置，并用機器人文本或圖形語言（如FANUC機器人的KAREL語言、ABB機器人的RAPID語言等）記錄上述目標位置、焊接條件和動作次序。焊接機器人的示教編程3.2.2焊接機器人的編程方法23/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（2）離線編程

在與機器人分離的專業(yè)軟件環(huán)境下，建立機器人及其工作環(huán)境的幾何模型，采用專用或通用程序語言，以離線方式進行機器人運動軌跡的規(guī)劃編程。離線編制的程序通過支持軟件的解釋或編譯產生目標程序代碼，最后生成機器人軌跡規(guī)劃數(shù)據。焊接機器人的離線編程3.2.2焊接機器人的編程方法24/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展焊接機器人的示教包括示教前的準備、任務程序的創(chuàng)建和任務程序的手動測試等主要環(huán)節(jié)；再現(xiàn)則是通過本地或遠程方式自動運轉優(yōu)化后的任務程序。焊接機器人任務示教與再現(xiàn)的基本流程3.2.3焊接機器人的軌跡示教25/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展熟知焊接機器人任務編程的主要內容和基本流程后，針對具體任務應首先進行機器人路徑規(guī)劃，選取關鍵位置點，點動機器人移至目標位置，記憶示教點信息，然后測試運動路徑。路徑規(guī)劃連接起點位置和終點位置的序列點或曲線稱為路徑，構成路徑的策略稱為路徑規(guī)劃。焊接機器人的路徑規(guī)劃主要是讓機器人攜帶焊槍在工作空間內找到一條從起點到終點的無碰撞安全路徑。示教點記憶機器人路徑規(guī)劃將產生若干指令位姿，點動機器人至上述示教點，記憶并生成運動指令集，完成運動軌跡示教。任務程序驗證待機器人運動軌跡、動作次序等示教完畢，需試運行測試任務程序，以檢查機器人TCP路徑和動作次序的合理性，評估任務程序執(zhí)行的周期時間。3.2.3焊接機器人的軌跡示教26/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（1）路徑規(guī)劃為高效創(chuàng)建機器人任務程序，縮短運動路徑的示教時間，一般將機器人運動路徑離散成若干個關鍵位置點，并在任務編程前進行預定義，如原點位置（作業(yè)原點）、參考位置（臨近點和回退點）等。原點位置（作業(yè)原點，HOME）是所有作業(yè)的基準位置，它是機器人遠離作業(yè)對象（待焊工件）和外圍設備的可動區(qū)域的安全位置。參考位置是臨近焊接作業(yè)區(qū)間、調整工具姿態(tài)的安全位置。通常機器人到達該位置時，機器人控制器中參考位置分配的通用I/O輸出信號接通。3.2.3焊接機器人的軌跡示教27/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（1）路徑規(guī)劃機器人焊槍指向（工具姿態(tài)）和焊接方向（路徑方向）對焊縫成形、飛濺大小、氣體保護效果等有重要影響。對于熔化極氣體保護焊而言，機器人攜帶焊槍可以采取左焊法和右焊法兩種方式。焊接機器人左焊法和右焊法焊接位置適用場合焊接方式左焊法右焊法平（角）焊、船形焊薄板適合，熔深淺且焊縫較平不適合，熔深大、易燒穿中厚板不適合，熔深淺，無法保證焊透適合，能夠保證良好的熔深橫（角）焊單道焊適合，易獲得寬而平的焊縫不合適，窄而深的焊縫易形成凸形焊縫多道焊適合蓋面焊適合打底焊和填充焊請動動你的小手掃描書本二維碼吧！3.2.3焊接機器人的軌跡示教28/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（1）路徑規(guī)劃以機器人堆焊“1+X”圖案為例，整個路徑預定義一個原點位置和兩個參考位置，且采用左焊法、保持焊槍行進角（焊槍軸線與焊縫軸線相交形成的銳角）α=

65°～80°，利于獲得良好的熔深和熔池保護效果。機器人堆焊“1+X”圖案運動路徑和焊槍姿態(tài)規(guī)則請動動你的小手掃描書本二維碼吧！3.2.3焊接機器人的軌跡示教29/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（2）示教點記憶1）新建或打開任務程序文件。2）移動光標到插入示教點的下一行。3）插入空白行。4）消除機器人報警信息。5）點動機器人至目標位置。6）插入標準運動指令。示教點記憶界面3.2.3焊接機器人的軌跡示教30/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展（3）任務程序驗證待機器人運動軌跡、動作次序等示教完畢，需試運行測試任務程序，以檢查機器人TCP

路徑和動作次序的合理性，評估任務程序執(zhí)行的周期時間。FANUC機器人單步程序測試步驟如下：1）打開任務程序文件。2）移動光標至程序首行。3）激活程序單步驗證功能。4）消除機器人報警信息。5）正向單步測試指令語句。6）順序完整測試任務程序。3.2.4機器人焊接區(qū)間的示教31/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展焊接機器人運動軌跡可以分成焊接（作業(yè)）區(qū)間和空走（非作業(yè)）區(qū)間。P[3]是焊接起始點，P[4]是焊接路徑（中間）點，P[5]是焊接結束點。焊接（作業(yè)）區(qū)間示意3.2.4機器人焊接區(qū)間的示教32/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展FANUC機器人焊接區(qū)間示教要領序號示教點示教要領1P[3]焊接起始點1）點動機器人至焊接起始點2）變更示教點為焊接點3）點按功能菜單（圖標）欄的“WELD_ST”，記憶示教點P[3]2P[4]焊接路徑點1）點動機器人至焊接中間點2）變更示教點為焊接點3）點按功能菜單（圖標）欄的“WELD_PT”，記憶示教點P[4]3P[5]焊接結束點1）點動機器人至焊接結束點2）變更示教點為空走點3）點按功能菜單（圖標）欄的“WELDEND”，記憶示教點P[5]FANUC機器人焊接區(qū)間任務程序示例任務分析33/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展機器人平板堆焊的示教相對容易，是板狀試件、管狀試件和組合試件示教編程的基礎。使用機器人在碳素鋼表面平敷堆焊一道焊縫需要示教六個目標位置點。機器人平板堆焊路徑規(guī)劃請動動你的小手掃描書本二維碼吧！任務分析34/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展機器人平板堆焊任務的示教點①原點（HOME）②焊接臨近點③焊接起始點④焊接結束點⑤焊接回退點⑥原點（HOME）任務實施35/50（1）示教前的準備

開始任務程序編輯前，需做如下準備：1）工件換裝清理。2）工件組對點固。3）工件裝夾與固定。4）示教模式確認。5）加載任務程序。（2）示教點記憶任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展1）示教點P[1]——機器人原點。①切換手動模式。②示教盒置有效狀態(tài)。③記憶示教點P[1]。記憶示教點任務實施36/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展2）示教點P[2]——焊接臨近點。①消除報警信息。②調整機器人焊槍姿態(tài)。③切換機器人點動坐標系。④移至焊接臨近點。⑤記憶示教點P[2]。（2）示教點記憶記憶示教點P[2]點動機器人至焊接臨近點任務實施37/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展3）示教點P[3]——焊接起始點。①移至焊接起始點。②記憶示教點P[3]。（2）示教點記憶點動機器人至焊接起始點記憶示教點P[3]任務實施38/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展4）示教點P[4]——焊接結束點。①移至焊接結束點。②記憶示教點P[4]。（2）示教點記憶點動機器人至焊接結束點記憶示教點P[4]任務實施39/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展5）示教點P[5]——焊接回退點。①移至焊接回退點。②記憶示教點P[5]。（2）示教點記憶點動機器人至焊接回退點記憶示教點P[5]任務實施40/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展6）示教點P[6]——機器人原點（示教點P[6]與示教點P[1]重合）。①切換復制功能菜單。②復制示教點P[1]。③粘貼示教點P[1]。（2）示教點記憶復制和粘貼示教點P[1]任務實施41/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展1）移動光標至首行。2）激活程序單步驗證功能。3）順序單步測試任務程序。（3）任務程序驗證單步程序測試功能激活界面任務實施42/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展任務程序經測試運行無誤后，可以將機器人控制器操作面板的【模式旋鈕】切換至自動模式，實現(xiàn)機器人自動運轉焊接。（4）機器人自動運轉焊接本地自動運轉任務程序步驟如下：1）移動光標至首行。2）示教盒置無效狀態(tài)。3）選擇自動模式。4）自動運轉程序。機器人平板堆焊請動動你的小手掃描書本二維碼吧！任務評價43/50任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展檢查項目標準分數(shù)焊接等級得分ⅠⅡⅢⅣ堆焊高度標準/mm≥2.5，≤3>3，≤3.5>3.5，≤4.5<2.5，>4.5分數(shù)201480堆焊高低差標準/mm≤0.5>0.5，≤1>1，≤1.5>1.5分數(shù)10740焊縫寬度標準/mm≥8，≤9>9，≤9.5或≥7.5，<8>9.5，≤10或≥7，<7.5<7或>10分數(shù)201480焊縫寬窄差標準/mm≤1>1，≤2>2，≤3>3分數(shù)10740外觀成形標準成形美觀，高低寬窄一致成形較好，焊縫平整成形尚可，焊縫整齊深焊縫彎曲，高低寬窄明顯分數(shù)201480咬邊標準/mm0深度≤0.5且長度≤10深度≤0.5長度>10，≤15深度≤0.5長度>10，≤15分數(shù)10740表面氣孔標準（≥0.5mm）無1個2個>2個分數(shù)10740機器人平板堆焊試件外觀評分標準任務拓展44/50請列舉2～3個機器人堆焊應用場景，并簡要說明各應用場景中機器人堆焊的需求。任務提出知識準備任務分析任務實施任務評價任務拓展擴展閱讀離線編程技術是基于計算機圖形學建立焊接機器人系統(tǒng)工作環(huán)境的幾何模型，通過操控圖像及使用機器人編程語言描述機器人作業(yè)任務，然后對任務程序進行三維模型動畫仿真、離線計算、規(guī)劃和調試機器人任務程序，并生成機器人控制器可執(zhí)行的代碼，最后經由通信接口發(fā)送至機器人控制器。由于編程時不影響實體機器人焊接作業(yè)，綠色、安全且投入較少，因此離線編程技術在產業(yè)和教育領域獲得推廣。45/50任務分析任務實施任務評價任務拓展拓展閱讀知識測評請動動你的小手掃描書本二維碼吧！焊接機器人離線仿真知識測評擴展閱讀任務實施知識準備任務提出學習導圖知識測評一、填空題1.

作為調試、編程、監(jiān)控、仿真等多功能智能交互終端，主要由

、

以及外設接口等組成三種。2.焊接機器人任務編程（示教）的主要內容，包括

、

和

三個部分。3.焊接機器人運動軌跡可以分成

和

。4.請選取以下圖標中的一個或幾個，按照一定的組合填入空格中，完成FANUC焊接機器人的指定操作。46/50示教盒（物理）按鍵顯示屏運動軌跡焊接條件動作次序直線軌跡