第四章是工业机器人的作业教学。
4.1工业机器人教学的主要内容
运动轨迹
操作条件。
操作顺序
学习目标引入案例，课堂认知拓展与提高，本章总结思维练习
4.2工业机器人的简单试教和复制
4.2.1网上教学及其特点
4.2.2网络教学的基本步骤和特点
4.3工业机器人离线编程技术
4.3.1离线编程及其特点
4.3.2离线编程系统的软件架构
离线编程的基本步骤
课前复习
机器人坐标系和运动轴如何选择？
机器人的点动和连续运动有什么区别，适合用在什么地方？
学习目标
认知目标
掌握工业机器人教学的主要内容
熟悉机器人在线教学的特点和操作流程
机器人完成操作所需的信息包括运动轨迹、操作条件和操作顺序。
运动轨迹
运动轨迹是机器人为了完成某项操作而经过刀具中心点(TCP)的路径，是机器教学的重点。就运动方式而言，工业机器人有两种形式:点对点(PTP)运动和连续路径(CP)运动。根据运动路径的类型，工业机器人有直线和圆弧两种动作类型。
示教时，直线轨迹示教两个程序点(直线起点和直线终点)；圆弧轨迹示教三个程序点(圆弧起点、圆弧中点和圆弧终点)。在具体操作过程中，PTP通常会对每段轨迹的端点进行示教，而CP运动则由机器人控制系统的路径规划模块通过插补运算生成。
机器人轨迹
机器人轨迹的主要指标是确认程序点的属性。每个程序点主要包括:
位置坐标:描述机器人TCP的六个自由度(3个平移自由度和3个旋转自由度)。
插补方式:机器人再现时从上一个程序点移动到当前程序点的动作类型。
再现速度:机器人再现时，从上一个程序点移动到当前程序点。
空走点:指从当前程序点移动到下一个程序点的全过程，不需要执行操作，用于示教除操作起点和操作中间点以外的程序点。
操作点:指从当前程序点移动到下一个程序点的全过程，需要执行，用于操作起点和操作中间点。
当从当前程序点移动到下一个程序点时，空闲点和操作点决定是否执行操作。
5)机器人示教时，关闭与外围设备接触的功能。对于需要根据外部信息进行实时决策的应用来说，显得力不从心。
6)在柔性制造系统中，这种编程方法不能与CAD数据库连接。
4.2.2在线示教的基本步骤通过在线示教，为机器人输入工件A点到B点的加工程序。
机器人轨迹
▲为了提高工作效率，程序点6和程序点1通常位于同一位置。
程序点描述程序点描述程序点描述
程序点1机器人原点程序点3操作开始程序点5操作回避程序点2操作接近程序点4操作结束程序点6机器人原点。
(1)教学前的准备(2)新的操作程序
1)清洁工件表面。工作程序用机器人语言描述。
2)工件夹紧。机器人工作单元的工作内容主要
3)安全确认。用于登录教学数据和机器人指令。
4)机器人原点确认
网络教学的基本流程(三)项目点注册
程序点教学法
程序点1(机器人原点)？根据第3章中的机器人手动操作，将机器人移动到原点。
？将程序点属性设置为“空行走点”，并选择“PTP”作为插值方法。？确认保存程序点1是机器人的原点。
程序点2(操作接近点)？手动操作机器人移动到工作区附近。
？将程序点属性设置为“空行走点”，并选择“PTP”作为插值方法。？确认保存程序点2是操作接近点。
(4)设定操作条件
①在操作开始命令中设置焊接开始规范和焊接开始动作顺序；
(2)在焊接结束命令中设置焊接结束规格和焊接结束动作顺序；
③手动调节保护气体的流量。
(5)检查试运转
跟踪的主要目的是检查示教产生的动作和末端工具的指向位置是否注册。
确认机器人附近无人后，按以下顺序执行操作程序的测试操作:
1)打开要测试的程序文件。
2)将光标移动到所需跟踪程序点所在的命令行。
3)持续按住示教器上的【跟踪功能键】，实现机器人的单步或连续操作。指出
当机器人TCP的当前位置与光标所在的线不一致时，按下【跟踪功能键】，机器人将从当前位置移动到光标所在的程序点；当机器人TCP的当前位置与光标所在的直线一致时，机器人将从当前位置移动到示教点附近的下一个位置。
在检查操作期间，不执行起弧和喷涂等操作命令，仅执行空再现。
通过跟踪操作可以快速实现程序点的更改、添加和删除。
(6)复制焊接
启动工业机器人程序有两种方式:
手动启动:使用教学设备上的[启动按钮]启动程序的方式。适合作业任务和测试阶段。
自动启动:使用外部设备的输入信号启动程序的一种方式。在实际生产中经常用到。
在确认机器人运行范围内没有其他人或障碍物后，开启保护气体，手动启动实现自动焊接操作。
1)打开要再现的作业程序，并将光标移动到程序的开头。
2)将【模式旋钮】切换到“复制/自动”状态。
3)按下示教器上的【伺服ON按钮】打开伺服电源。
4)按下【开始按钮】，机器人开始运行。
指出
执行程序时，光标随着再现过程移动，程序内容自动滚动显示。
4.3.1离线编程及其特点
离线编程是利用计算机图形学的成果建立机器人及其工作环境的几何模型。通过对图形的控制和操作，用机器人编程语言描述机器人的工作任务，然后用三维图形动画模拟编程的结果，离线计算、规划和调试机器人程序的正确性，生成机器人控制器的可执行代码，最后通过通信接口发送给机器人控制器。
机器人离线编程
基于虚拟现实技术的机器人作业规划已经成为机器人学的一个新的研究方向。它将虚拟现实视为高端人机界面，允许用户通过声音、图像、力、图形等各种交互设备与虚拟环境进行实时交互。
机器人虚拟教学
4.3.2离线编程系统的软件架构
一个典型的机器人离线编程系统的软件架构主要由建模模块、布局模块、编程模块、仿真模块、程序生成和通信模块组成。
典型机器人离线编程系统的软件架构
建模模块:这是离线编程系统的基础，为机器人和工件编程仿真提供可视化三维几何建模。
布局模块:整个机器人系统模块是根据机器人实际工作单元的安装模式在仿真环境中进行的。
离线编程的基本步骤
通过离线模式从A到B输入工作点程序。
▲为了提高工作效率，程序点6和程序点1通常位于同一位置。
机器人轨迹
离线编程的基本流程
(1)几何建模
机器人工作台的几何建模
指出
每个机器人公司所开发的离线编程软件的模型库基本包含了机器人本体的所有模型以及由其产生的一些典型的外围设备模型。
在导入其他CAD软件绘制的机器人工作环境模型时，要注意参考坐标系是否一致。
(2)空间布局
为了提供一个与机器人交互的虚拟环境，需要布局整个机器人系统的模型(包括机器人本体、定位器、工件、外围工作设备等。)在模拟环境中按实际装配和安装。
机器人及其工作环境布局
(3)体育规划
运动规划主要有两个方面:作业位置规划和作业路径规划。
在机器人运动空间可达的条件下，工作位置规划可以尽可能减少机器人的极限运动或机器人各轴的极限位置。
在保证末端工具工作姿态的前提下，工作路径规划可以避免机器人与工件、夹具和外围设备的碰撞。
机器人运动规划
指出
机器人离线运动规划和在线教学一样，需要创建新的操作程序来保存教学数据和机器人指令。
在线示教法主要用于通过示教器上的按钮操作机器人运动，离线编程主要用于用鼠标操作机器人三维图形运动。
(4)动画模拟
系统通过三维图形动画模拟运动规划的结果，模拟整个作业情况，检查末端工具碰撞的可能性和机器人运动轨迹的合理性，计算机器人每个工作步骤的作业时间和整个工作过程的循环时间，为离线编程结果的可行性提供参考。
并将其存储在机器人控制装置中；然后，通过存储内容的回放，机器人可以在一定精度范围内，按照程序显示教过的动作和给定的作业内容。
(2)的主要目的是检查示教产生的动作和末端工具的指向位置是否已注册。
(3)利用计算机图形学的成果，在计算机中建立机器人及其工作环境的模型，在不使用实际机器人的情况下，通过控制和操作图形生成机器人程序。
2.选择
(1)工业机器人的作业编程，主要内容包括()。
(1)轨迹；②操作条件；③手术顺序；④插值模式
A.①②
B.①②③
C.①③
D.①②③④
(2)机器人轨迹的指示主要是确认程序点的属性，包括()。
①位置坐标；②插值法；③繁殖速度；④工作点/空行走点
A.①②
B.①②③
C.①③
D.①②③④
(3)与传统的在线教学编程相比，离线编程具有以下优势:()。
①减少机器人的非工作时间；②让程序员远离恶劣的工作环境；③易于修改。
机器人程序；④可与各种人工智能技术相结合，提高编程效率；⑤便于与CAD/CAM系统结合，实现CAD、CAM一体化。
A.①②④⑤
B.①②③
C.①③④⑤
D.①②③④⑤
判断
(1)由于技术不成熟，现在广泛使用的工业机器人绝大多数属于第一代机器人，其基本工作。
工作原理是教学-复制。()
(2)示教机器人时，原则上对于一个规则的轨迹只需要示教几个关键点。()
(3)直线插补示教的程序点是指从当前程序点向下一个程序点移动一条直线。()
(4)离线编程是工业机器人常用的编程方法。()
(5)虽然示教再现模式存在机器人占用时间、效率低等诸多缺点，但人们也试图通过使用传感器使机器人智能化，但在复杂的生产现场和运行可靠性上很难实现。所以工业机器人的操作教学在很长一段时间内都不会脱离在线教学的现状。()
4.综合应用
使用机器人完成下图所示直线轨迹(A→B)的焊接操作，并回答以下问题:
1)根据具体教学过程，填写下表(请在相应选项下打“√”)。
2)在实际作业编程时，如何处理程序点1和程序点6以提高效率？简单描述一下操作流程。
程序点工作点/空走点插补方法
工作点中空走点的PTP线性插值
程序点1
程序点2
程序点3
程序点4
程序点5
程序点6