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书名:工业机器人离线编程与仿真pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:详细讲解工业机器人编程基础、构建仿真工作站、仿真软件的应用技术,是工业机器人离线编程的入门书。

作者:韩鸿鸾,张云强等编

出版社:化学工业出版社

出版时间:2018-01-01

书籍编号:30399093

ISBN:9787122309174

正文语种:中文

字数:54738

版次:1

所属分类:互联网+-人工智能

全书内容:

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前言

近年来,我国机器人行业在国家政策的支持下,顺势而为,发展迅速,保持着35%的高增长率,远高于德国的9%、韩国的8%和日本的6%。我国已连续两年成为世界第一大工业机器人市场。


我国工业机器人市场之所以能有如此迅速的增长,主要源于以下三点。


(1)劳动力的供需矛盾。主要体现在劳动力成本的上升和劳动力供给的下降。在很多产业,尤其在中低端工业产业,劳动力的供需矛盾非常突出,这对实施“机器换人”计划提出了迫切需求。


(2)企业转型升级的迫切需求。随着全球制造业转移的持续深入,先进制造业回流,我国的低端制造业面临产业转移的风险,迫切需要转变传统的制造模式,降低企业运行成本,提升企业发展效率,提升工厂的自动化、智能化程度。而工业机器人的大量应用,是提升企业产能和产品质量的重要手段。


(3)国家战略需求。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分,技术附加值高,应用范围广,是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备,对工业生产、社会发展以及增强军事国防实力都具有十分重要的意义。


随着机器人技术及智能化水平的提高,工业机器人已在众多领域得到了广泛的应用。其中,汽车、电子产品、冶金、化工、塑料、橡胶是我国使用机器人最多的几个行业。未来几年,随着行业需要和劳动力成本的不断提高,我国机器人市场增长潜力巨大。尽管我国将成为当今世界最大的机器人市场,但每万名制造业工人拥有的机器人数量却远低于发达国家水平和国际平均水平。工信部组织制订了我国机器人技术路线图及机器人产业“十三五”规划,到2020年,工业机器人密度达到每万名员工使用100台以上。我国工业机器人市场将高倍速增长,未来十年,工业机器人是看不到“天花板”的行业。


虽然多种因素推动着我国工业机器人行业不断发展,但应用人才严重缺失的问题清晰地摆在我们面前,这是我国推行工业机器人技术的最大瓶颈。中国机械工业联合会的统计数据表明,我国当前机器人应用人才缺口20万,并且以每年20%~30%的速度持续递增。


工业机器人作为一种高科技集成装备,对专业人才有着多层次的需求,主要分为研发工程师、系统设计与应用工程师、调试工程师和操作及维护人员四个层次。其中,需求量最大的是基础的操作及维护人员以及掌握基本工业机器人应用技术的调试工程师和更高层次的应用工程师,工业机器人专业人才的培养,要更加着力于应用型人才的培养。


为了适应机器人行业发展的形势,满足从业人员学习机器人技术相关知识的需求,我们从生产实际出发,组织业内专家编写了本书,全面讲解了工业机器人编程的基础、构建基本仿真工业机器人工作站、仿真软件RobotStudio中的建模功能、机器人离线轨迹编辑、RobotArt离线编程软件的基本操作与工作站系统的构建、离线编程的应用等内容,以期给从业人员和大学院校相关专业师生提供实用性指导与帮助。


本书由韩鸿鸾、张云强主编,陶建海、王小方、李永杉副主编,阮洪涛、刘曙光、马灵芝、范维进、刘兵、程宝鑫、彭红学、张艳红、马岩、姜海军、张瑞社、张青、宁爽、董海萍、戚建爱、胡春蕾参加了本书的编写。在本书编写过程中得到了山东省、河南省、河北省、江苏省、上海市等技能鉴定部门的大力支持,此外,青岛利博尔电子有限公司、青岛时代焊接设备有限公司、山东鲁南机床有限公司、山东山推工程机械有限公司、西安乐博士机器人有限公司、诺博泰智能科技有限公司等企业为本书的编写提供了大量帮助,在此深表谢意。


在本书编写过程中,参考了《工业机器人装调维修工》《工业机器人操作调整工》职业技能标准的要求,以备读者考取技能等级;同时还借鉴了全国及多省工业机器人大赛的相关要求,为读者参加相应的大赛提供参考。


由于水平所限,书中不足之处在所难免,恳请广大读者给予批评指正。


编者


第1章 工业机器人编程的基础

1.1 机器人编程


1.1.1 机器人编程系统及方式


机器人编程(robot programming)为使机器人完成某种任务而设置的动作顺序的描述。机器人运动和作业的指令都是由程序进行控制的,常见的编程方法有两种:示教编程(图1-1为ABB工业机器人的示教器)和离线编程(图1-2为离线编程开始界面)。


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图1-1 ABB工业机器人的示教器


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图1-2 离线编程软件


(1)示教编程


目前大多数机器人还是采用示教方式编程。示教方式是一项成熟的技术,易于被熟悉工作任务的人员所掌握,而且用简单的设备和控制装置即可进行。示教过程进行得很快,示教过后马上即可应用。在对机器人进行示教时,将机器人的轨迹和各种操作存入其控制系统的存储器。如果需要,过程还可以重复多次。在某些系统中,还可以用与示教时不同的速度再现。


① 示教编程法分为三个步骤:


a.示教。即机器人学习的过程,在这个过程中,操作者要手把手教会机器人做某些动作。


b.存储。机器人的控制系统以程序的形式将示教的动作记忆下来。


c.再现。机器人按照示教时记忆下来的程序展现这些动作,就是“再现”过程。


② 示教编程可分为在线示教方式和离线示教方式。


a.在线示教。即在现场直接对操作对象进行的一种编程方法,常用的有:人工引导示教,由有经验的操作人员移动机器人的末端执行器,计算机记忆各自由度的运动过程;辅助装置示教,对一些人工难以牵动的机器人,例如一些大功率或高减速比机器人,可以用特别的辅助装置帮助示教。也可以用示教盒进行示教,为了方便现场示教,一般工业机器人都配有示教盒,它相当于键盘,有回零、示教方式、数字、输入、编辑、启动、停止等键。


b.离线示教。由于离线示教不便于现场操作,而且工作量大、精度低,故不建议采用。离线示教方法包括:解析示教,将计算机辅助设计的数据直接用于示教,并利用传感技术进行必要的修正;任务示教,指定任务以及操作对象的位置、形状,由控制系统自动规划运动路径。任务示教是一种发展方向,具有较高的智能水平,目前仍处于研究中。


目前,相当数量的机器人仍采用示教编程方式。机器人示教后可以立即应用,再现时,机器人重复示教时存入存储器的轨迹和各种操作,如果需要,过程可以重复多次。


示教编程法的优点是简单方便,不需要环境模型,对实际的机器人进行示教时,可以修正机械结构带来的误差。当然,示教编程法也存在一定的缺陷,比如功能编辑比较困难,难以使用传感器,难以表现条件分支,对实际的机器人进行示教时,要占用机器人。


(2)离线编程法


机器人离线编程系统都是利用计算机图形学的成果,建立起机器人及工作环境的几何模型,再利用一些规划算法,通过对图形的控制和操作,在离线的情况下进行轨迹的规划,通过对编程结果进行三维图形的动画仿真,以检验编程的正确性,最后将生成的代码传给机器人控制系统,以控制机器人的运动,完成给定的任务。


机器人的离线编程系统是已被证明的一个有力的工具,可以增加安全性,减少机器人不工作的时间和降低成本。机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓展,通过该系统可以建立机器人和CAD/CAM之间的联系。


离线编程有以下几个方面的优点:


① 编程时可以不使用机器人,以腾出机器人去做其他工作。


② 可预先优化操作方案和运行周期。


③ 以前完成的过程或子程序可结合到待编的程序中去。


④ 可用传感器探测外部信息,从而使机器人作出相应的响应。这种响应使机器人可以工作在自适应的方式下。


⑤ 控制功能中可以包含现有的计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的信息。


⑥ 可以预先运行程序来模拟实际运动,从而不会出现危险。利用图形仿真技术,可以在屏幕上模拟机器人运动来辅助编程。


⑦ 对不同的工作目的,只需替换一部分待定的程序。


机器人离线编程技术对机器人的推广应用及其工作效率的提升有着重要意义,离线编程可以大幅度节约制造时间,实现机器人的实时仿真,为机器人的编程和调试提供安全灵活的环境,是机器人开发应用的方向。


1.1.2 对机器人的编程要求


机器人编程系统是机器人编程语言的拓展,通过该系统可以建立机器人和CAD/CAM之间的联系。


(1)设计一个编程系统应具备的知识


① 所编程的工作过程的知识;


② 机器人和工作环境三维实体模型;


③ 机器人几何学、运动学和动力学的知识;


④ 基于图形显示的软件系统、可进行机器人运动的图形仿真;


⑤ 轨迹规划和检查算法,如检查机器人关节角超限、检测碰撞以及规划机器人在工作空间的运动轨迹等;


⑥ 传感器的接口和仿真,以利用传感器的信息进行决策和规划;


⑦ 通信功能,以完成离线编程系统所生成的运动代码到各种机器人控制柜的通信;


⑧ 用户接口,以提供有效的人机界面,便于人工干预和进行系统的操作。


此外,由于编程系统是基于机器人系统的图形模型来模拟机器人在实际环境中的工作进行编程的,因此为了使编程结果能很好地符合实际情况,系统应能够计算仿真模型和实际模型之间的误差,并尽量减少二者间的误差。


(2)对机器人语言的编程要求


① 能够建立世界模型 在进行机器人编程时,需要一种描述物体在三维空间内运动的方式。所以需要给机器人及其相关物体建立一个基础坐标系。这个坐标系与大地相连,也称“世界坐标系”。


机器人工作时,为了方便起见,也建立其他坐标系,同时建立这些坐标系与基础坐标系的变换关系。


机器人编程系统应具有在各种坐标系下描述物体位姿的能力和建模能力。


② 能够描述机器人的作业 机器人作业的描述与其环境模型密切相关,编程语言水平决定了描述水平。其中以自然语言输入为最高水平。现有的机器人语言需要给出作业顺序,由语法和词法定义输入语言,并由它描述整个作业。


③ 能够描述机器人的运动 描述机器人需要进行的运动是机器人编程语言的基本功能之一。用户能够运用语言中的运动语句,与路径规划器和发生器连接,允许用户规定路径上的点及目标点,决定是否采用点插补运动或笛卡儿直线运动。用户还可以控制运动速度或运动持续时间。


对于简单的运动语句,大多数编程语言具有相似的语法。不同语言间在主要运动基元上的差别是比较表面的。


④ 允许用户规定执行流程 同一般的计算机编程语言一样,机器人编程系统允许用户规定执行流程,包括转移、循环、调用子程序以及中断等。


对于许多计算机应用,并行处理对于自动工作站是十分重要的。首先,一个工作站常常运用两台或多台机器人同时工作,以减少过程周期。在单台机器人的情况下,工作站的其他设备也需要机器人控制器以并行方式控制。因此,在机器人编程语言中常常含有信号和等待等基本语句或指令,而且往往提供比较复杂的并行执行结构。


通常首先需要用某种传感器来监控不同的过程。然后,通过中断或登记通信,机器人系统能够反映由传感器检测到的一些事件。有些机器人语言提供规定这种事件的监控器。


⑤ 要有良好的编程环境 如同任何计算机一样,一个好的编程环境有助于提高程序员的工作效率。机械手的程序编制是困难的,其编程趋向于试探对话式。如果用户忙于应付连续重复的编译语言的编辑→编译→执行循环,那么其工作效率必然是低的。因此,现在大多数机器人编程语言含有中断功能,以便能够在程序开发和调试过程中每次只执行一条单独语句。典型的编程支撑和文件系统也是需要的。


根据机器人编程特点,其支撑软件应具有下列功能:在线修改和立即重新启动;传感器的输出和程序追踪;仿真。


⑥ 需要人机接口和综合传感信号 在编程和作业过程中,应便于人与机器人之间进行信息交换,以便在运动出现故障时能及时处理,确保安全。而且,随着作业环境和作业内容复杂程度的增加,需要有功能强大的人机接口。


机器人语言的一个极其重要的部分是与传感器的相互作用。语言系统应能提供一般的决策结构,以便根据传感器的信息来控制程序的流程。


在机器人编程中,传感器的类型一般分为三类:位置检测;力觉和触觉;视觉。如何对传感器的信息进行综合,各种机器人语言都有自己的句法。


(3)常用编程指令简介


对编程语言的掌握也是实现机器人编程的基本要求,下面介绍几种常见的机器人编程指令。


① 运动指令。


a.指令介绍。移动指令包含三条:MOVJ、MOVL、MOVC。


MOVJ:关节移动指令,即在运动过程中以关节的方式运动。


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MOVJ代表指令;LP表示局部变量;0表示标号,用于区别使用;VJ表示速度,最大速度为1

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