機器人末端執(zhí)行器教學講義

機器人末端執(zhí)行器2.機器人末端執(zhí)行器機器人末端執(zhí)行器裝在操作機手腕的前端(稱機械接口)，用以直接執(zhí)行工作任務。根據(jù)作業(yè)任務的不同，它可以是夾持器或?qū)Ｓ霉ぞ叩取A持器是具有夾持功能的裝置，如吸盤、機械手爪、托持器等；專用工具是用以完成某項作業(yè)所需要的裝置，如用于完成焊接作業(yè)的氣焊槍、點焊鉗等。并由此，將焊接機器人又可細分為：C02焊機器人、TIG焊機器人、MAG/MIG焊機器人、氣焊機器人、釬焊機器人、點焊機器人、激光焊機器人等。3．傳感器系統(tǒng)機器人所用傳感器又分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器二類。前者用來檢測自身狀態(tài)的信息，主要是位置、速度、加速度等傳感器，并且作為反饋信號構(gòu)成伺服控制；后者是用來檢測機器人作業(yè)對象和作業(yè)環(huán)境信息的傳感器，如測量夾持器夾緊力的壓力傳感器，對外界進行識別的視覺、觸覺、聽覺等傳感器。機器人常用傳感器及其功能見表7—5。4．控制器控制器是個專用計算機，相當于機器人的大腦，它以計算機程序方式來完成給定任務。目前，大部分工業(yè)機器人都采用二級計算機控制：第一級為主CPU，完成系統(tǒng)的監(jiān)控、作業(yè)管理、自診斷等；第二級為子CPU，完成各關節(jié)伺服系統(tǒng)的控制等。

圖7.5中主CPU為總控制器，主要進行系統(tǒng)控制和坐標計算與變換，包括坐標變換、插補計算、自動加減速計算、加速度驗算、橫擺計算、自診斷等。子CPU主要作動作控制，包括脈沖分配、機器人零點復位、零點減速和開關位置檢測等。主CPU對子CPU的控制是以命令的形式通過FIFO棧來傳遞的；而子CPU的狀態(tài)與請求是通過并行I／0接口來進行的。

機器人控制器的控制功能大致有三類：第一類是點位控制，簡稱為PTP控制，它只要求機器人手臂末端能快速準確地從一點到相鄰點運動，而對其運動路徑不作具體規(guī)定。這種控制功能用于搬運、點焊、裝配等作業(yè)中。第二類是連續(xù)路徑控制，又稱連續(xù)軌跡控制，簡稱CP控制。它不但要求機器人手臂末端從一點到相鄰點運動，而且要求所走過的路徑是連續(xù)平滑的，這就需要插補運算，所以這種控制功能多用于噴涂、弧焊、去飛邊等作業(yè)中。第三類是移動控制，它包括對移動的路徑、速度、目標跟蹤、機器人操作機的穩(wěn)定平衡、越過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)距離較長或野外作業(yè)等需要機器人移動甚至行走的場合。此外，機器人還有一類附加裝置，如手動操作器、編程器、示教器等。用這些附加裝置可以進行手動調(diào)整機器人狀態(tài)、編制機器人作業(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、機器人的示教、編程及語言

1．示教再現(xiàn)為使機器人完成規(guī)定的任務，在工作前由操作者把作業(yè)要求的內(nèi)容(如機器人的運行軌跡、作業(yè)順序、工藝條件等)預先教給機器人，進行這種操作稱為示教。把示教的內(nèi)容保存下來稱為記憶。使機器人按示教的內(nèi)容動作稱為再現(xiàn)。例如，由操作者對焊接機器人按實際焊接操作一步步的進行示教，機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算機系統(tǒng)的相應存儲區(qū)。為了再現(xiàn)和驗證程序，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輸入和輸出以及工具開閉功能和功能數(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在于它是在線，示教過程中必須停工。離線編程則可克服這一缺點。所謂離線編程，即是在與機器人分離的裝置上編制任務程序(為定義機器人系統(tǒng)特定的任務所編制的運動和輔助功能的指令集，稱任務程序)后，再輸入到機器人中的一種編程方法。離線編程的優(yōu)點：可減少機器人停機時間；讓程序員脫離潛在的危險環(huán)境；一套編程系統(tǒng)可以給多臺機器人編程。若機器人程序格式不同，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雜、精確的編程任務；通過圖形編程系統(tǒng)的動畫仿真可驗證和優(yōu)化程序等。因此，離線編程系統(tǒng)已成為機器人編程的發(fā)展趨向。該系統(tǒng)目前已有多種供應市場，例如OSMAP公司的ROBCAD等。3．編程語言機器人語言是供用戶編寫機器人程序的專用計算機語言。編程語言的功能決定了機器人的適應性和給用戶的方便性，但至今還沒有完全公認的通用機器人編程語言，而每個機器人制造廠都有自己的語言。機器人編程語言主要有兩類：面向機器人的編程語言與面向任務的編程語言。(1)面向機器人的編程語言其主要特點是描述機器人的動作序列，每一條語句大約相當于機器人的一個動作，整個程序控制機器人完成全部作業(yè)。該語言有如下三種：①專用的機器人語言，例如用于PUMA機器人上的V+語言，它具有集成化、多任務、多處理器、良好的開發(fā)環(huán)境、較完備的語言功能，編程水平還可以進一步提高，有高精度定位系統(tǒng)(選件)等特點；②在現(xiàn)有計算機語言的基礎上加機器人子程序庫，例如美國機器人公司開發(fā)的AR—Basic語言；③開發(fā)一種新的通用語言加上機器人子程序庫，例如IBM公司開發(fā)的AML機器人語言。(2)面向任務的機器人編程語言其特點是允許用戶發(fā)出直接命令，以控制機器人去完成一個具體的任務，而不需要說明機器人需要采取的每一個動作的細節(jié)。如美國的RCCL，機器人編程語言，就是用C語言和一組C函數(shù)來控制機器人運動的任務級機器人語言。焊接機器人的編程語言，目前都屬于面向機器人的語言；面向任務的機器人語言尚屬開發(fā)階段。

1．機器人操作狀態(tài)圖如圖7-7中的描述，機器人系統(tǒng)由一個有限狀態(tài)自動化裝置來建模。圖中轉(zhuǎn)移編號的說明：

1—裝載，某些任務程序被裝入機器人系統(tǒng)控制器中。

2—清除，由機器人系統(tǒng)控制器中移去任務程序。

3—賦值，已準備好一個已裝載的任務程序以供執(zhí)行。

4—去值，賦值的反面。

5—程序開始，機器人進入ROBOT-EXECUTING狀態(tài)。

6—執(zhí)行結(jié)束，機器人運動被停止，且機器人被返回到ROBOT—LOADED狀態(tài)。7—程序復位，一個已暫停的機器人被返回到ROBOT-READY狀態(tài)。8—暫停，機器人已臨時停止運動。9—繼續(xù)，暫停的機器人返回到ROBOT-EXECUTING狀態(tài)。10—清除(異常終止)，除任務程序未執(zhí)行完成外，其它與清除同。11—清除(舍棄)，除任務程序未開始外，其它與清除同。12—應急動作，將機器人置入要求手動介入狀態(tài)。

2．機器人操作狀態(tài)說明(1)ROBOT-IDEI。(機器人空閑)該狀態(tài)對應在系統(tǒng)內(nèi)機器人沒有任務程序可用時的機器人狀態(tài)。當機器人剛開始供電時，或當其完成一個任務程序執(zhí)行和任務程序由系統(tǒng)內(nèi)移去時，將發(fā)生此狀態(tài)。(2)ROBOT-LOADED(機器人已裝載)該狀態(tài)對應在系統(tǒng)內(nèi)有一個或多個可用的任務程序時的機器人狀態(tài)。(3)ROBOT-READY(機器人準備完畢)該狀態(tài)表示一個可供機器人執(zhí)行的任務程序已被賦值。(4)ROBOT-EXECUTING(機器人執(zhí)行)該狀態(tài)中，機器人在操作，其運動是使能運動。(5)ROBOT-MOTION-PAUSED(機器人運動暫停)該狀態(tài)中運動不是使能運動。機器人的任務程序可能在運行，也可能已停止。(6)MANUAL-INTERVENTION-REQUIRED(要求手動介入)在此狀態(tài)中，全部運動已經(jīng)停止。此時，為了完成某些其它的必要活動，需要靠機器人

的操作者執(zhí)行某些局部動作。在此局部動作后，機器人才可進入某一其它狀態(tài)。除機器人操作狀態(tài)外，機器人能夠被描述為處于“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行控制操作，以確定機器人可作哪些運動或機器人可運行哪些任務程序；若機器人“