任务过程

2.1 信息

2.1.1 ROBOGUIDE软件的安装

ROBOGUIDE软件可实现工业机器人应用环境仿真及程序离线编程，其操作工业机器人示教器方式与实体机器人一致，并支持KAREL程序编译。针对不同行业应用，该软件提供搬运（Handing）、焊接（Weld）、喷涂（Paint）等多个软件包。

下面以ROBOGUIDE Version 9为例介绍ROBOGUIDE软件的安装，在安装过程中需要关闭杀毒软件和防火墙，以免误杀文件，安装过程如下：

1）开始安装：双击“Setup.exe”开启软件安装，若系统提示安装Microsoft MSXML 4.0 Parser，单击“Install”按钮安装即可。进入显示安装软件版本号页面后，再连续单击“Next”按钮，直到显示安装目标文件夹界面，如图2-1所示。可单击“Browse”按钮修改安装目标文件夹，此处不建议安装在系统盘。

2）选择功能：在如图2-2所示页面勾选所要安装的功能，此处使用默认配置安装，确认无误后单击“Next”按钮进入下一步。

3）选择辅助功能：在如图2-3所示页面勾选添加的默认功能后，单击“Next”按钮进入下一步。

4）选择快捷键和语言：在如图2-4所示页面可选择性勾选桌面快捷图标（Desktop Shortcuts）、语言选择（Additional Language）和项目范例（Sample Workcells），选择默认配置后单击“Next”按钮进入下一步。

5）选择安装系统软件版本号：此处建议勾选最新版本及与实体机器人控制器相同的软件版本，否则，使用程序导入/导出及网络远程监控等功能时会出现不兼容等问题，确定后单击“Next”按钮进入下一步，如图2-5所示。

6）查看安装信息：在如图2-6所示页面确认所有安装项目后，连续单击“Next”按钮直到显示图2-7所示页面，单击“Finish”按钮完成软件的安装。

7）保存文件：安装完毕后，保存当前操作的其他文件，选择“Yes”选项后，单击“Finish”按钮重启计算机，即完成软件的全部安装，如图2-8所示，也可选择“No”选项后，单击“Finish”按钮延迟重启。

2.1.2 ROBOGUDIE中工程文件的创建

ROBOGUDIE中工程文件的创建步骤如下。

1）创建工程文件：打开离线编程软件后，单击“File”工具栏下“New Cell”创建工程文件，或通过“Open Cell”导入已创建的工程文件，ROBOGUIDE工程文件后缀名为frw，如图2-9所示，“Recent Workcells”页面中显示已创建的工程文件。

2）选择工程模块：如图2-10所示，根据工程对象选择不同工程模块，以加载不同的软件包，此处选择HandingPRO模块。

其他工程模块功能说明见表2-1。

3）工程文件命名：在图2-11页面的“Name”文字框中输入创建工程文件名，创建的工程文件默认保存在系统文档文件夹下“My Workcells”文件夹中，“Existing Workcells”列出已创建的工程文件。

4）工程文件创建：如图2-12所示，有四种工程文件创建方法，分别为：

① Create a new robot with the default HandingPRO config：根据缺省配置新建工业机器人，本项目中使用该方式创建工程文件。

② Create a new robot with the last used HandingPRO config：根据上次使用的配置新建工程文件。

③ Create a robot from a file backup：根据实体机器人备份文件创建工程文件，使用该选项时须用机器人镜像文件中的FROM00.IMG，使用该方式将自动导入备份文件中的程序和配置。

④ Create an exact copy of an existing robot：根据已有虚拟机器人备份创建工程文件。

确定后单击“Next”按钮进入下一步。

5）选择机器人系统版本：建议根据被控实体机器人选择机器人系统版本，此处选择V9.10P/06机器人系统版本，如图2-13所示，单击“Next”按钮进入下一步。

实体机器人开机后，依次单击“MENU”键→“1实用工具”→“1声明”查看系统版本信息，如图2-14所示。

6）设置机器人应用工具：选择离线编程可能使用到的工具，如弧焊工具（ArcTool）、搬运工具（HandingTool）、喷涂工具（PaintTooL）等，此处选择LR HandingTool选项，如图2-15所示，单击“Next”按钮进入下一页。

7）选择机器人型号：根据实体机器人型号在图2-16所示页面中选择FANUC机器人型号，此处选择LR Mate 200iD/4S，单击“Next”按钮进入下一步。

8）设置附加动作组：本项目开始阶段不添加任何外部轴，创建工程文件后根据需要再添加外部轴，单击“Next”按钮进入下一步，如图2-17所示。

9）设置软件包：FANUC工业机器人通过添加不同的软件工具包实现功能的扩展，如2D、3D视觉等，此处建议根据实体机器人已安装的功能或项目工艺需求添加功能。本项目在系统默认软件包基础上添加KAREL（R632）和KAREL Use Sprt FCTN（J971）两个软件工具包，如图2-18所示，以实现对KAREL程序的支持，确定后单击“Languages”选项卡切换页面。

10）选择语言：在图2-19所示页面设置示教器的显示语言，其中“Basic Dictionary”为示教器默认显示的语言，此处选择“Chinese Dictionary”显示中文，可在“Option Dictionary”中选择添加其他语言，如勾选“Option Dictionary（English）”选项，即可添加英语作为备用显示语言，确定后单击“Advanced”选项卡切换页面。

若进入示教器页面语言为英文，如图2-20所示，依次单击“MENU”键→“6 SETUP”→“3 General”→“2 Current language”→“F4 CHOICE”→“1 CHINESE”，即可切换为中文显示。

11）高级选项设置：程序数量、堆栈数量及数值寄存器个数等与机器人内存大小相关，可在图2-21所示页面修改FROM、CMOS、DRAM等参数，建议与实体机器人保持一致，确认无误后，单击“Next”按钮进入下一步。

12）确认配置：图2-22所示页面中列出了所有已设置选项，若确定无误则单击“Finish”按钮即可完成工程设置，进入离线编程环境；若须修改则单击“Back”按钮退回上一步进行修改。

设置完成后，软件系统开始初始化，并自动打开当前设置的工程文件。工业机器人所在空间称为Workcell，即灰色区域所覆盖的3D空间，如图2-23所示。

单击菜单栏“View”→“Mouse Commands”显示图2-24所示鼠标控制命令一览页面，其中滚动鼠标中键实现鼠标符号所在位置视图缩放，按住鼠标中键移动画面，鼠标左键选择操作对象，鼠标右键以选中对象为中心切换观察角度。

进入离线编程环境后，先设置工程文件保存目录及自动备份目录，以防止数据丢失。单击菜单栏“Tools”→“Options”显示图2-25所示对话框，依次设置工程文件保存目录（Default Workcell Path）及自动备份目录（Default Workcell Backup Path）。

2.1.3 创建工作站

在ROBOGUIDE中创建工程文件后，根据项目需求在“Cell Brows”中选择设备类型，添加工业机器人外围设备，如图2-26所示。

主要导入外围设备类型及说明见表2-2。

可添加系统自带模型、简单三维模型以及第三方软件生成的STL或IGS格式模型，建议使用IGS格式显示模型颜色。

1.导入实验台

因实验台仅需承载机器人和其他周边设备，在使用过程中不移动，所以导入Obstacles类型设备，具体过程如下：

1）添加Obstacle模型：单击工具栏“View”→“Cell Browser”，页面如图2-27所示，右键单击“Obstacles”后，选择“Add Obstacle”选择添加类型。

添加模型类型及说明见表2-3。

本项目中选择“Single CAD File”导入IGS格式实训台，如图2-28所示，文件越大导入所需的时间越长。

2）设置实训台位置：导入实训台后，系统自动显示模型设置页面，“General”选项卡信息说明见表2-4。

设置过程中可使用工具栏中角度选项按钮观察位置是否合理，可用鼠标拖动实训台上绿色坐标来调整位置。鼠标移动到坐标系附近显示为X、Y或Z符号时，可沿坐标系所指示方向移动该坐标系原点，改变实训台位置。在显示X、Y或Z符号的同时，按下键盘上的“Shift”键，移动鼠标将以所选轴旋转，可改变实训台姿态。

2.导入运动轨迹模块

运动轨迹模块是机器人运动控制实验的操作对象，将其以Fixture类型导入：右键单击“Fixtures”→“Add Fixture”→“Single CAD File”→选择文件目录，如图2-29所示。

导入Fixture类型后，可能会显示图2-30所示页面，根据计算机配置选择合适的质量显示，此处选择高质量显示（High Quality），单击“OK”按钮确定。CAD-To-PATH功能须选择高质量导入。

按照图2-31设置模型位置参数。

相对于Obstacle类型，Fixture类型增加了“Parts”“Simulation”“Spray Simulation”三个选项卡。

3.导入工业机器人轨迹工具

在实际生产中，工业机器人通过安装不同的工具实现搬运、焊接等功能，其导入方式与Fixture导入方式相似，具体过程如下：

1）导入工具模型：ROBOGUIDE中可在Tooling选项中各导入一个工具，当多个工具坐标系切换时，必须导入对应的工具类型。导入工具模型时，依次选择“Robot Controllers”→“C：1-Robot Controller1”→“GP:1-LR Mate 200iD”→“Tooling”→“UT：n”（n为工具的序号），此处以UT:1为例，双击“UT:1（Eoat1）”，如图2-32所示。

2）设置工具参数：选择如图2-33所示“General”选项卡，输入“Name”为“轨迹工具”，并设置工具物理参数（Physical Characteristics），该值将影响机器人运动优化的计算，该值不能大于工业机器人的负载。

4.添加Part模块

Part模块必须依附于Fixture等模块类型，并可在Fixture或Link之间通过Pick或Drop方式移动。

（1）Part模块的导入及设置

1）导入码垛模块：以Fixture方式导入，码垛模块如图2-34所示。

2）导入Part模块：导入方式与Fixtures的导入方式基本一致，右键依次单击“Parts”→“Add Part”→“Single CAD File”，如图2-35所示。

第一次导入Parts模块时会同时导入PartRack，该部分对仿真过程无作用，右键单击“Cell Browser”→“Parts”，取消“Visible”选项后该部分消失，如图2-36所示。

3）设置Part模块参数：右键单击“Cell Browser”→“Parts”目录下具体的Part模块，选择“方形物料”→“Properties”进入参数设置页面，根据实际情况设置物理质量及大小比例，单击“OK”按钮完成设置，如图2-37所示。

4）设置Part位置信息：双击Fixture码垛模块，打开设置页面并选择“Parts”选项卡，如图2-38所示。勾选所需添加的Part，此处以勾选方形物料为例，单击“Apply”按钮后再勾选“Part Offset”组合框中的“Edit Part Offset”选项，在文本框中输入位置值，或直接拖动绿色坐标系修改当前Part在码垛模块中的相对位置，确定后单击“OK”按钮完成设置。

其他参数设置如下：

① The Number of Parts：设置阵列个数。

② Visible at Teach Time：示教时Part模块可见。

③ Visible at Run Time：仿真运行时Part模块可见，若该Part在仿真中是从其他地方搬运而来，须设置为不可见。

（2）Part模块的阵列设置 当需要添加多个相同Parts时可使用阵列方式，设置方法如下：

1）设置阵列：参照图2-39在“Parts”选项卡中单击“The Number of Parts”组合框中“Add”按钮进入添加页面，若设置错误可按“Delete”按钮删除当前设置，“Export”按钮是将当前设置以CSV格式导出。

2）选择阵列导入方式：选择“Place Menu”组合框可设置Array矩阵阵列导入以及“Import Parts Offset Data”外部导入方式，后者适用于复杂排列的导入，如图2-40所示。

单击“Parts”选项卡中“Export”按钮获得CSV格式表格，使用Excel修改保存该表时不能更改其格式，格式如图2-41所示。

表格中的行代表除本体外额外添加的Part模块，每行数值依次代表相对于所选Part模块的X、Y、Z方向以及W、P、R方向的角度偏移量。此处以矩阵阵列为例。

3）设置矩阵阵列：在Array矩阵阵列下分别设置X、Y、Z方向上的个数，注意此处的X、Y、Z是该Part模块所依附的Fixture或Link的坐标方向，而非所选择Part的方向，如图2-42所示。

4）设置矩阵排布距离：在“Location”组合框中，可选择相对于所选Part模块偏移的“Distance”方式，或在空间范围内排布的“Aear”方式，后者会自动在所设定范围内将添加Part模块等间距排列。

2.1.4 工业机器人的点动示教

1.工业机器人运动范围

工业机器人运动范围受限于内部结构和外围设备，如图2-43所示，将工业机器人法兰盘运动范围定义为UTool Zero，法兰盘安装工具后能够达到的空间定义为Current UTool，Invisible表示范围不可见。单击ROBOGUIDE工具栏中的工作轨迹范围按钮，可显示所选工业机器人的运动有效范围。

单击工具栏中关节工具按钮可查看工业机器人的各轴运动范围，如图2-44所示。使用鼠标拖动T形亮绿色工具（图中用蓝色显示，软件内为绿色）改变指定轴角度位置，当位置不可达时则T形显示为红色。

2.示教器功能区

示教器应用在机器人点动控制、程序编辑及状态监控等环境，其功能区如图2-45所示。

与运动控制相关的示教器按键/指示灯功能见表2-5。

如图2-46所示，示教器显示屏提供了机器人运行状态、报警信息及参数显示等内容，主要分为状态窗口、主窗口和功能键菜单三个部分。其中状态窗口显示信息如图2-47所示。

状态窗口中，状态指示灯亮灯表示有效，熄灭表示无效，具体说明见表2-6。

主窗口用于显示机器人的信息参数及程序等，最下方功能键菜单在不同页面下显示不同功能，在ROBOGUIDE中可直接用鼠标单击选择，在实体机器人中该功能键与示教器F1~F5键一一对应。

3.奇异点

工业机器人在笛卡儿坐标系下，由于机器人内部位置算法，在某些位置会出现无穷多解的情况，导致工业机器人无法运行并报“MOTN-023在奇异点附近错误”，其典型状态就是J5轴接近0°以及J3轴在运动直线上，可通过切换为关节坐标系或改变工业机器人的姿态避开该点。在程序编辑中则可将动作指令修改为J命令，或使用附加动作指令（Wjnt）避开该点。

4.位置设置

单击工具栏图标打开虚拟示教器，如图2-48所示，单击“POSN”选项卡打开工业机器人位置设置页面，选择坐标系后在位置参数文字框中输入位置值，单击“MoveTo”按钮或按下PC键盘上的“ENTER”键移动机器人到指定位置。

此外，还可采用手动定位进行工业机器人位置设置。如图2-49所示，单击工业机器人上绿色圆球激活坐标系原点，拖动坐标系改变工业机器人位置，若坐标原点由绿色变为红色，则表示当前位置不可达。

5.工业机器人负载设定

负载能力是工业机器人的核心指标之一，其设定值不得超过机器人的规定值，适当设定负载信息可提高动作性能以及与动力学相关的碰撞检测等功能，初次使用工业机器人时会在信息窗口显示叹号，提示未设定机器人负载，如图2-50所示。

依次单击“MENU”键→“0下页”→“6系统”→“6动作”，在如图2-51所示动作性能设置页面下，单击“F5 选负载”输入负载编号完成负载设定，负载未设定提示信息消失。

2.1.5 工业机器人密码设置

工业机器人安全设置分为软件设置和硬件设置，软件设置主要是对操作权限的保护，硬件设置是对工业机器人运行安全的保护。

1.设置密码保护

为保障工业机器人的正常运行，未经授权人员不得修改或调试程序，因此新购置工业机器人需先设置密码，设置方法如下：

1）进入设置页面：依次单击“MENU”键→“6设置”→“0下页”→“9密码”，进入密码设置页面，若从未设置过密码则首先须设置安装权限密码，且安装用户只有一个，要牢记该密码。

2）添加用户：按下“F2 登录”→选择“序号1”→按下“ENTER”键，添加安装用户，如图2-52所示。

3）输入用户名：按下“ENTER”键输入用户名，用户名不分大小写，以输入用户名CAT为例：

① 单击“F1”键3次，选择字母C。

② 单击向右光标键1次，再次单击“F1”键选择字母A。

③ 单击“F4”键两次，选择字母T。

④ 确定后单击“ENTER”键确定。

4）设置密码：由字母、数字和字符组成3~12位密码，若第一次安装，则“旧密码”为空，依次输入“新密码”并“核对”完成密码的设置，如图2-53所示。

密码设置完毕后，系统会自动提示是否登录，只有设置了安装权限密码并登录后，才能设置其他等级用户密码，此处单击“F4 是”。

5）设置超时保护：在登录用户页面后可设置默认用户超时时间和超时发生时间，即在所设置的用户超时时间内若未进行任何操作，则自动退出当前用户，也可设置是否开启事件日志，如图2-54所示。

若还需要设置其他用户则单击“F2 登录”，若不使用该用户，则单击“F3 注销”，当前用户显示为生产等级的“Nobody”。添加其他用户时，选择用户序号后单击“ENTER”键输入用户名，其密码设置如前所述。

6）设置其他用户权限：移动光标到等级所在列，单击“F4 选择”可设置当前用户的等级，其中只能设置一个无限制安装权限；示教权限仅可示教程序，无硬件配置修改权限；设置权限可设置I/O分配，但不能处理严重报警；等级是用户自定义权限。

2.修改及删除密码

修改或删除密码时，须先登录安装权限用户，具体方法如下。

1）修改密码：将光标移动到所要修改用户密码处，即用户名后的横线处按下“ENTER”键即可修改当前用户密码，如图2-55所示。

2）删除用户：密码不能设置为空，只能与用户一起删除，将光标移动到所要删除的用户名下，按下“F2 清除”即可删除当前用户；若按下“F3 全清除”，则可将除安装权限外的用户全部清除。

3）删除安装权限用户：登录后显示为图2-56页面时，依次在示教器上单击“PREV”键→“NEXT”键→“F3 禁用”，即可解除安装密码。

3.设置USB自动登录

当密码不便公示时，可使用移动存储设备（USB，简称U盘）制作密钥代替密码登录，在Mate控制柜上插入U盘可实现权限用户自动登录，一个U盘只能作为一台设备的密钥，提前做好备份，具体方法如下：

1）设置系统变量：任意页面按下“MENU”键→“0下页”→“6系统”→“2变量”，找到系统变量“＄ PASSWORD.PASSWORD_T”后按下“ENTER”键，选择“＄ ENB_PCMPWD”后，按下“F4 有效”，如图2-57所示。

2）制作USB登录密钥：登录须制作登录密钥的账户名，在设置密码页面按下“NEXT”键→“F4 USB”后，再将U盘插入Mate控制柜，按照系统提示即可完成USB登录密钥制作，制作过程中不会清除U盘中的文件，如图2-58所示。

2.1.6 工业机器人外部保护

当工业机器人处于自动运行状态时，严禁有作业员在工业机器人作业范围内，为防止意外须设置栅栏或光栅保护，并在作业员触手可及的地方设置急停按钮。

1.急停信号

工业机器人有四个急停信号，分别位于Mate控制柜、示教器上的急停按钮，以及急停板上的外部急停信号和连接在UI［1］上的IMSTP信号，如图2-59所示。其中Mate急停按钮和示教器急停按钮在工业机器人出厂时已经连接，但外部急停信号、栅栏信号须通过急停板连接，IMSTP信号配置UOP后方可使用。

2.急停板连接

FANUC LR Mate 200iD系列工业机器人的急停板位于Mate控制柜内，其电气连接端口为TBOP20，如图2-60所示。

其中，E-STOP为急停输出信号，FENCE和EMGIN分别为安全门和外部急停的输入信号，以上两组输入信号必须双路连接且每路信号不能混接，否则将会使熔断器的熔丝熔断。

机器人出厂时EMGIN和FENCE两组端口均通过短接端子连接在一起，须使用如图2-61所示工具更换连线。FENCE信号只在自动运行状态下有效，手动状态下该信号无效。

2.1.7 工业机器人系统运行速度设置

FANUC工业机器人除T2模式可以实现硬限速外，还可通过修改＄ SCR系统变量的方式对所有程序整体限速。忽略程序最高速度设置，系统运行速度设置步骤如下：

1）进入控制模式：在正常开机状态下单击“FCTN”键→“8 启动模式”→“控制启动”，断电重启Mate控制柜后自动进入控制模式，如图2-62所示。

2）设置系统变量：在控制模式下依次单击“MENU”键→“4 变量”→查找变量“＄ SCR”→选择“SCR_T”→按下“ENTER”键进入系统变量详细设置页面，如图2-63所示。同时按下“SHIFT”键和方向键快速翻页，或按下“ITEM”键直接输入变量所在行号。

参照表2-7将光标移动到所需设置的变量名称，按下“ENTER”键后输入设置数值，确定后单击“ENTER”键完成单个变量的设置。

3）重启控制柜：完成所有变量设置后，重启Mate控制柜进入一般模式，设置生效。