工業(yè)機器人操作技能實訓(xùn)教材前言本教材以"安全規(guī)范、操作實用、技能進階"為核心，面向職業(yè)院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)學(xué)生、企業(yè)新員工及一線操作人員，系統(tǒng)培養(yǎng)工業(yè)機器人基礎(chǔ)認知、操作技能及故障排查能力。教材遵循"理實一體化"原則，注重操作流程標準化與場景化應(yīng)用，助力學(xué)習(xí)者快速掌握工業(yè)機器人核心操作技能。第一章工業(yè)機器人基礎(chǔ)認知1.1工業(yè)機器人的定義與分類1.1.1定義工業(yè)機器人是一種可編程、自動化的機械裝置，通過多關(guān)節(jié)或多自由度的運動，完成搬運、焊接、裝配、噴涂等工業(yè)任務(wù)。其核心特征為：重復(fù)性、高精度、高穩(wěn)定性。1.1.2分類按結(jié)構(gòu)形式可分為：關(guān)節(jié)型機器人（最常見，如六軸機器人，適合復(fù)雜軌跡操作）；笛卡爾坐標機器人（直角坐標，適合直線搬運、分揀）；SCARA機器人（水平多關(guān)節(jié)，適合平面裝配、上下料）；并聯(lián)機器人（如Delta機器人，適合高速分揀）。按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：搬運機器人、焊接機器人、裝配機器人、噴涂機器人、檢測機器人等。1.2工業(yè)機器人關(guān)鍵組件工業(yè)機器人由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、末端執(zhí)行器四部分組成（見圖1-1）：機械系統(tǒng)：包括基座、關(guān)節(jié)、臂桿（如六軸機器人的J1-J6關(guān)節(jié)），實現(xiàn)運動功能；控制系統(tǒng)：核心為控制器（如發(fā)那科R-30iB、ABBIRC5），負責(zé)接收指令、計算運動軌跡、驅(qū)動機械臂；感知系統(tǒng)：包括編碼器（檢測關(guān)節(jié)位置）、傳感器（如視覺傳感器、力覺傳感器，實現(xiàn)環(huán)境感知）；末端執(zhí)行器：又稱"手爪"，如氣動夾爪、吸盤、焊槍，用于抓取或操作工件（根據(jù)任務(wù)更換）。1.3工業(yè)機器人安全操作規(guī)范1.3.1通用安全規(guī)則操作前必須接受安全培訓(xùn)，熟悉機器人運動范圍（危險區(qū)域）；操作時佩戴防護裝備（防護手套、安全鞋、護目鏡），禁止穿寬松衣物；禁止站在機械臂運動范圍內(nèi)，禁止用手觸摸運動中的部件；設(shè)備運行時，保持緊急停止按鈕（E-Stop）可快速觸及；未經(jīng)授權(quán)，禁止修改機器人程序或參數(shù)。1.3.2緊急情況處理當機器人發(fā)生碰撞、異常運動或人員誤入危險區(qū)域時，立即按下E-Stop按鈕（紅色，通常位于示教器、控制柜及現(xiàn)場操作盒）；停止后，關(guān)閉機器人電源（控制柜主開關(guān)），檢查故障原因并報告；若發(fā)生人員受傷，立即撥打急救電話并疏散現(xiàn)場。第二章操作前準備與示教器使用2.1操作前設(shè)備檢查2.1.1常規(guī)檢查（每日開機前）控制柜：檢查電源指示燈（綠色）是否正常，散熱風(fēng)扇是否運轉(zhuǎn)；機械臂：檢查關(guān)節(jié)部位是否有異響、松動，電纜是否磨損；末端執(zhí)行器：檢查夾爪/吸盤是否完好，氣壓（若為氣動）是否達到規(guī)定值（如0.5-0.7MPa）；工作環(huán)境：清理機械臂運動范圍內(nèi)的障礙物（如工具、工件），確保地面平整。2.1.2電源與氣壓連接確認控制柜主電源（AC380V）連接正確，接地良好；連接末端執(zhí)行器氣壓管，打開氣源開關(guān)，檢查氣壓表讀數(shù)。2.2示教器基本操作示教器（TeachPendant）是機器人操作的核心工具，用于手動控制機械臂、編寫程序、調(diào)試參數(shù)。以下以ABBIRC5示教器為例，介紹基本功能（不同品牌示教器操作邏輯類似）。2.2.1示教器界面布局主菜單：包含"手動操作""程序編輯""參數(shù)設(shè)置"等功能；運動控制區(qū)：方向鍵（控制機械臂移動）、速度調(diào)節(jié)旋鈕（0-100%，建議新手使用10%以下速度）；狀態(tài)顯示區(qū)：顯示機器人當前模式（手動/自動）、坐標系、錯誤代碼；功能鍵：如"確認""取消""急停"（示教器上的E-Stop按鈕）。2.2.2模式切換機器人有兩種操作模式：手動模式（T1/T2）：用于程序編寫、調(diào)試，機械臂運動速度受限（如T1模式下最大速度為250mm/s）；自動模式（Auto）：用于批量生產(chǎn)，機械臂按程序自動運行（速度可設(shè)為100%）。切換方法：1.按住示教器上的"模式切換鍵"（通常為黃色）；2.旋轉(zhuǎn)模式旋鈕至"手動（T1）"或"自動（Auto）"；3.釋放切換鍵，確認模式顯示區(qū)切換成功。注意：自動模式下禁止人員進入危險區(qū)域，必須關(guān)閉安全防護門（若有）。2.2.3坐標系切換機器人運動需基于特定坐標系，常見坐標系包括：基坐標系（Base）：以機器人基座為原點，固定不變；工具坐標系（Tool）：以末端執(zhí)行器中心點為原點（如夾爪尖端），用于調(diào)整工具姿態(tài)；工件坐標系（Work）：以工件放置位置為原點，用于精準定位工件；關(guān)節(jié)坐標系（Joint）：以各關(guān)節(jié)角度為基準，用于調(diào)整機械臂姿態(tài)。切換步驟：1.進入"手動操作"菜單；2.選擇"坐標系"選項；3.從列表中選擇所需坐標系（如"工具坐標系"）；4.確認切換（示教器狀態(tài)區(qū)顯示當前坐標系）。第三章基本操作技能訓(xùn)練3.1手動控制機械臂運動3.1.1關(guān)節(jié)運動（JointMotion）用途：調(diào)整機械臂各關(guān)節(jié)角度，適合大范圍移動；操作步驟：1.將機器人切換至"手動模式（T1）"；2.選擇"關(guān)節(jié)坐標系"；3.旋轉(zhuǎn)示教器方向鍵（如"J1+"表示第一關(guān)節(jié)順時針旋轉(zhuǎn)），控制機械臂移動；4.移動至目標位置后，松開方向鍵，機械臂停止。注意：移動時觀察機械臂運動軌跡，避免碰撞。3.1.2線性運動（LinearMotion）用途：使末端執(zhí)行器沿直線移動（如從A點到B點的直線軌跡）；操作步驟：1.選擇"工具坐標系"（或"基坐標系"，根據(jù)需求）；2.按住方向鍵（如"X+"表示沿工具坐標系X軸正方向移動）；3.調(diào)整速度旋鈕（建議新手用5%速度），緩慢移動至目標點。3.1.3重定位運動（ReorientMotion）用途：調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)（如旋轉(zhuǎn)夾爪方向），不改變其位置；操作步驟：1.選擇"工具坐標系"；2.按住"重定位"鍵（示教器上通常為"R"鍵）；3.旋轉(zhuǎn)方向鍵（如"Y+"表示繞工具坐標系Y軸旋轉(zhuǎn)），調(diào)整姿態(tài)。3.2程序編寫與調(diào)試3.2.1程序結(jié)構(gòu)（以ABB機器人為例）機器人程序由指令組成，常見指令包括：運動指令：如"MoveL"（線性運動）、"MoveJ"（關(guān)節(jié)運動）、"MoveC"（圓弧運動）；邏輯指令：如"If"（條件判斷）、"For"（循環(huán)）、"Wait"（等待）；I/O指令：如"SetDO"（設(shè)置數(shù)字輸出，控制夾爪開合）、"GetDI"（讀取數(shù)字輸入，判斷工件是否存在）。3.2.2簡單程序編寫（以搬運任務(wù)為例）任務(wù)描述：將工件從料盤（P1點）搬運至傳送帶（P2點），使用氣動夾爪（DO1為夾爪開合控制，DO1=1時夾緊，DO1=0時松開）。程序步驟：1.手動移動機械臂至P1點（料盤取料位置），記錄坐標（示教器中選擇"記錄點"，命名為P1）；2.移動至P2點（傳送帶放料位置），記錄坐標（命名為P2）；3.進入"程序編輯"菜單，創(chuàng)建新程序（命名為"PickAndPlace"）；4.添加指令：`MoveJP1,v100,z50,tool1;`（關(guān)節(jié)運動至P1點，速度100mm/s，逼近距離50mm，使用tool1工具坐標系）；`SetDODO1,1;`（設(shè)置DO1=1，夾緊工件）；`Wait0.5;`（等待0.5秒，確保夾爪夾緊）；`MoveLP2,v100,z50,tool1;`（線性運動至P2點）；`SetDODO1,0;`（松開夾爪）；`Wait0.5;`（等待0.5秒）；`MoveJhome,v100,z50,tool1;`（返回_home點，初始位置）。調(diào)試與運行：切換至"手動模式（T1）"，逐步運行程序（示教器中選擇"單步執(zhí)行"），檢查運動軌跡是否正確；調(diào)試通過后，切換至"自動模式"，啟動程序（需關(guān)閉安全防護門），觀察機器人自動運行情況。第四章典型應(yīng)用實訓(xùn)4.1搬運實訓(xùn)（關(guān)節(jié)型機器人）4.1.1實訓(xùn)目標掌握工件坐標系設(shè)置方法；能編寫搬運程序（包含取料、放料、返回等步驟）；熟悉自動運行流程。4.1.2器材準備六軸關(guān)節(jié)型機器人（如ABBIRB120）；氣動夾爪（帶氣壓調(diào)節(jié)裝置）；料盤（放置工件）、傳送帶（模擬生產(chǎn)線）；工件（如塑料塊，帶檢測傳感器）。4.1.3操作步驟1.設(shè)置工具坐標系（Tool1）：將夾爪安裝至機械臂末端，手動移動夾爪至基準點（如桌面某固定位置）；示教器中選擇"工具坐標系設(shè)置"，使用"四點法"（移動夾爪至四個不同姿態(tài)，記錄坐標）計算Tool1坐標系。2.設(shè)置工件坐標系（Work1）：將工件放置在料盤上，手動移動夾爪至工件中心（P1點）；示教器中選擇"工件坐標系設(shè)置"，以P1點為原點，設(shè)置Work1坐標系（X軸沿料盤長度方向，Y軸沿寬度方向，Z軸垂直向上）。3.編寫搬運程序（參考第三章3.2.2節(jié)，使用Work1坐標系）；4.調(diào)試與運行：手動驗證程序（單步執(zhí)行），調(diào)整P1、P2點坐標（若工件位置偏差）；自動運行程序，觀察夾爪是否準確抓取工件，搬運至傳送帶位置是否正確；優(yōu)化程序（如調(diào)整運動速度、等待時間），提高效率。4.1.4注意事項夾爪氣壓需調(diào)整至合適值（如0.6MPa），避免夾碎工件或抓取不牢；搬運過程中，機械臂運動軌跡需避開料盤邊緣（設(shè)置"逼近距離"z50，避免碰撞）；自動運行時，禁止人員靠近傳送帶（設(shè)置安全防護欄）。4.2焊接實訓(xùn)（弧焊機器人）4.2.1實訓(xùn)目標掌握弧焊機器人基本操作（如焊縫軌跡示教、焊接參數(shù)設(shè)置）；能編寫簡單弧焊程序（直線焊縫、圓弧焊縫）；熟悉焊接質(zhì)量調(diào)整方法（如電流、電壓、速度）。4.2.2器材準備弧焊機器人（如發(fā)那科M-10iA）；弧焊電源（如松下YD-350GL）；焊槍（帶焊絲送進裝置）；工件（如鋼板，開V型坡口）；防護裝備（焊接面罩、防火手套）。4.2.3操作步驟1.焊槍校準：將焊槍安裝至機械臂末端，手動移動焊槍至基準點（如鋼板上的焊縫起點）；示教器中選擇"焊槍校準"，使用"接觸式校準"（焊槍尖端接觸基準點）計算焊槍坐標系（Tool2）。2.焊縫軌跡示教：手動移動焊槍至焊縫起點（P3點），記錄坐標；沿焊縫軌跡（直線）移動至終點（P4點），記錄坐標；若為圓弧焊縫，需記錄中間點（P5點）。3.設(shè)置焊接參數(shù)：弧焊電源中設(shè)置焊接電流（如180A）、電壓（如22V）、焊絲送進速度（如5m/min）；示教器中設(shè)置焊接速度（如300mm/min）、氣體流量（如15L/min，保護氣體為氬氣）。4.編寫弧焊程序：`MoveJP3,v200,z100,tool2;`（關(guān)節(jié)運動至焊縫起點上方100mm）；`MoveLP3,v100,z0,tool2;`（線性運動至焊縫起點，z0表示貼緊工件）；`ArcStart;`（啟動弧焊，送絲并輸出電流）；`MoveLP4,v300,z0,tool2;`（線性運動沿焊縫軌跡，焊接速度300mm/min）；`ArcStop;`（停止弧焊，停止送絲）；`MoveJP3,v200,z100,tool2;`（返回焊縫起點上方）。5.調(diào)試與焊接：手動驗證焊縫軌跡（單步執(zhí)行），調(diào)整P3、P4點坐標（若焊縫偏差）；自動運行程序，觀察焊接過程（焊槍是否沿焊縫移動，焊絲是否連續(xù)送進）；檢查焊接質(zhì)量（焊縫是否平整、無氣孔），調(diào)整焊接參數(shù)（如電流增大，可增加焊縫熔深）。4.2.4注意事項焊接時必須佩戴焊接面罩（防止電弧光傷眼），現(xiàn)場通風(fēng)良好（排出焊接煙霧）；焊槍與工件距離（電弧長度）需保持穩(wěn)定（如2-3mm），避免虛焊；焊接完成后，關(guān)閉弧焊電源（先關(guān)氣體，再關(guān)電源），清理焊槍（去除飛濺物）。第五章故障排查與日常維護5.1常見故障排查5.1.1機械臂無法移動（手動模式下）可能原因：1.示教器未切換至"手動模式"（仍為自動模式）；2.安全防護門未關(guān)閉（自動模式下需關(guān)閉，手動模式下無需，但部分機器人有聯(lián)鎖）；3.關(guān)節(jié)部位卡?。ㄈ绠愇镞M入、潤滑不足）；4.控制柜電源故障（如斷路器跳閘）。排查步驟：1.檢查示教器模式（是否為T1/T2）；2.檢查安全防護門狀態(tài)（手動模式下是否開啟）；3.手動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（若無法轉(zhuǎn)動，清理異物并添加潤滑脂）；4.檢查控制柜斷路器（若跳閘，復(fù)位并檢查電源線路）。5.1.2示教器報錯（如"Joint1Overload"）可能原因：1.關(guān)節(jié)1負載超過額定值（如末端執(zhí)行器過重）；2.關(guān)節(jié)1電機故障（如繞組短路）；3.關(guān)節(jié)1編碼器故障（無法檢測位置）。排查步驟：1.檢查末端執(zhí)行器重量（是否超過機器人額定負載，如IRB120額定負載為3kg）；2.關(guān)閉電源，拆除關(guān)節(jié)1電機電纜，用萬用表測量電機繞組電阻（正常為幾歐姆，若為0則短路）；3.檢查編碼器電纜（是否磨損、松動），重新連接或更換。5.1.3夾爪無法抓取工件（氣動夾爪）可能原因：1.氣壓不足（如氣源壓力低于0.5MPa）；2.夾爪氣缸故障（如密封件損壞，漏氣）；3.I/O信號錯誤（如DO1未輸出1，或電纜松動）。排查步驟：1.檢查氣源壓力（氣壓表讀數(shù)），調(diào)整至0.5-0.7MPa；2.手動操作夾爪（用螺絲刀推動氣缸活塞），觀察是否靈活（若卡頓，更換密封件）；3.示教器中檢查DO1狀態(tài)（是否為1），測量DO1輸出電壓（正常為24VDC），若無電壓，檢查電纜連接。5.2日常維護（每周/每月）5.2.1每周維護清潔：用干燥壓縮空氣吹掃機械臂關(guān)節(jié)、控制柜散熱口（去除灰塵）；檢查：電纜：檢查機械臂電纜是否磨損、斷裂（若有，用絕緣膠帶包裹或更換）；末端執(zhí)行器：檢查夾爪/焊槍是否松動（擰緊固定螺絲）；氣壓：檢查氣動系統(tǒng)是否漏氣（用肥皂水涂抹氣管接頭，若有氣泡則更換密封件）。5.2.2每月維護潤滑：關(guān)節(jié)部位：按照機器人說明書，添加專用潤滑脂（如ABB機器人用"RobotGrease2"），每關(guān)節(jié)添加量約為10-20g；線性導(dǎo)軌：若為笛卡爾坐標機器人，涂抹導(dǎo)軌油（如ISOVG32）。緊固：機械臂：檢查各關(guān)節(jié)螺絲（如J1-J6關(guān)節(jié)固定螺絲）是否松動（用扭矩扳手擰緊，扭矩值參考說明書）；控制柜：檢查內(nèi)部接線端子是否松動（擰緊）。第六章考核與評價6.1考核標準6.1.1操作技能考核（占70%）考核項目評分標準分值程序編寫程序結(jié)構(gòu)完整（包含運動、邏輯、I/O指令），符合任務(wù)要求（如搬運/焊接軌跡正確）30分操作安