工业编程操作手册

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工业编程操作手册
第 1 章 基础知识........................................................................................................................... 4
1 工业概述........................................................................................................................ 4
1.1 定义与分类................................................................................................................ 4
1.2 发展历程.................................................................................................................... 4
1.3 应用领域.................................................................................................................... 4
2 编程基础........................................................................................................................ 4
2.1 编程概念.................................................................................................................... 4
2.2 编程步骤.................................................................................................................... 4
2.3 编程语言.................................................................................................................... 5
3 编程语言简介................................................................................................................ 5
3.1 RAPID 语言.................................................................................................................. 5
3.2 KRL 语言...................................................................................................................... 5
3.3 TP 语言....................................................................................................................... 5
第 2 章 硬件系统........................................................................................................................... 5
1 结构组成........................................................................................................................ 5
1.1 机械结构.................................................................................................................... 5
1.2 驱动系统.................................................................................................................... 5
1.3 控制系统.................................................................................................................... 5
1.4 传感器........................................................................................................................ 5
1.5 执行器........................................................................................................................ 6
2 关节类型及功能............................................................................................................. 6
2.1 旋转关节.................................................................................................................... 6
2.2 摆动关节.................................................................................................................... 6
2.3 线性关节.................................................................................................................... 6
2.4 螺旋关节.................................................................................................................... 6
3 传感器与执行器............................................................................................................. 6
3.1 传感器........................................................................................................................ 6
3.2 执行器........................................................................................................................ 6
第 3 章 编程环境搭建................................................................................................................... 7
1 编程软件安装与配置..................................................................................................... 7
1.1 软件获取.................................................................................................................... 7
1.2 安装步骤.................................................................................................................... 7
1.3 软件配置.................................................................................................................... 7
2 编程界面及功能介绍..................................................................................................... 7
2.1 菜单栏........................................................................................................................ 7
2.2 工具栏........................................................................................................................ 7
2.3 代码编辑区................................................................................................................ 7
2.4 输出窗口.................................................................................................................... 8
2.5 状态栏........................................................................................................................ 8
3 型号选择与参数设置..................................................................................................... 8

3.1 型号选择.................................................................................................................... 8
3.2 参数设置.................................................................................................................... 8
第 4 章 基本编程操作................................................................................................................... 8
1 编程流程概述................................................................................................................ 8
1.1 确定任务需求............................................................................................................. 8
1.2 编程环境准备............................................................................................................. 8
1.3 编写程序代码............................................................................................................. 9
1.4 代码调试.................................................................................................................... 9
1.5 程序优化.................................................................................................................... 9
1.6 程序固化.................................................................................................................... 9
2 运动控制........................................................................................................................ 9
2.1 坐标系设置................................................................................................................ 9
2.2 路径规划.................................................................................................................... 9
2.3 速度和加速度设置..................................................................................................... 9
2.4 运动控制指令............................................................................................................. 9
2.5 安全监控.................................................................................................................... 9
3 辅助功能编程................................................................................................................ 9
3.1 输入/输出控制........................................................................................................... 9
3.2 外部设备调用............................................................................................................. 9
3.3 信号处理与逻辑判断............................................................................................... 10
3.4 事件触发与响应....................................................................................................... 10
3.5 用户界面与交互....................................................................................................... 10
第 5 章 程序结构设计................................................................................................................. 10
1 程序模块化设计........................................................................................................... 10
1.1 模块划分原则........................................................................................................... 10
1.2 模块化编程方法....................................................................................................... 10
2 循环与条件语句应用................................................................................................... 10
2.1 循环语句应用........................................................................................................... 10
2.2 条件语句应用........................................................................................................... 11
3 子程序与宏指令........................................................................................................... 11
3.1 子程序...................................................................................................................... 11
3.2 宏指令...................................................................................................................... 11
第 6 章 空间轨迹规划................................................................................................................. 11
1 轨迹规划基础.............................................................................................................. 11
1.1 轨迹规划概述........................................................................................................... 11
1.2 轨迹规划数学模型................................................................................................... 11
1.3 轨迹规划方法........................................................................................................... 11
2 轨迹插补算法.............................................................................................................. 12
2.1 概述.......................................................................................................................... 12
2.2 线性插补算法........................................................................................................... 12
2.3 非线性插补算法....................................................................................................... 12
3 轨迹优化与仿真........................................................................................................... 12
3.1 轨迹优化方法........................................................................................................... 12
3.2 轨迹仿真技术........................................................................................................... 12

3.3 轨迹优化与仿真实例............................................................................................... 12
第 7 章 视觉系统......................................................................................................................... 12
1 视觉系统概述.............................................................................................................. 12
2 相机标定与图像处理................................................................................................... 12
2.1 相机标定.................................................................................................................. 12
2.2 图像处理.................................................................................................................. 13
3 视觉识别与定位........................................................................................................... 13
3.1 视觉识别.................................................................................................................. 13
3.2 视觉定位.................................................................................................................. 13
第 8 章 通信与控制..................................................................................................................... 13
1 通信接口与协议........................................................................................................... 13
1.1 通信接口概述........................................................................................................... 13
1.2 常用通信协议........................................................................................................... 13
1.3 通信接口与协议的配置与调试............................................................................... 14
2 与外部设备通信........................................................................................................... 14
2.1 通信架构.................................................................................................................. 14
2.2 通信流程.................................................................................................................. 14
2.3 通信故障排查与处理............................................................................................... 14
3 远程监控与故障诊断................................................................................................... 14
3.1 远程监控概述........................................................................................................... 14
3.2 远程监控配置与实现............................................................................................... 14
3.3 故障诊断与处理....................................................................................................... 14
3.4 远程监控安全与防护............................................................................................... 14
第 9 章 安全与防护..................................................................................................................... 14
1 安全标准与法规........................................................................................................... 14
1.1 我国安全标准........................................................................................................... 14
1.2 国际安全标准........................................................................................................... 15
1.3 法规要求.................................................................................................................. 15
2 安全防护措施.............................................................................................................. 15
2.1 设计安全防护........................................................................................................... 15
2.2 操作安全防护........................................................................................................... 15
2.3 安全防护设备........................................................................................................... 15
3 应急停止与故障处理................................................................................................... 15
3.1 应急停止操作........................................................................................................... 15
3.2 故障处理流程........................................................................................................... 15
3.3 安全防护措施恢复................................................................................................... 15
第 10 章 实例分析与调试........................................................................................................... 16
1 常见应用场景编程实例............................................................................................. 16
1.1 引言........................................................................................................................ 16
1.2 实例一：焊接应用编程......................................................................................... 16
1.3 实例二：搬运应用编程......................................................................................... 16
1.4 实例三：装配应用编程......................................................................................... 16
2 程序调试与优化......................................................................................................... 16
2.1 引言........................................................................................................................ 16

10.2.2 程序调试方法......................................................................................................... 16
10.2.3 程序优化策略......................................................................................................... 16
10.3 功能评估与改进建议................................................................................................. 16
10.3.1 引言........................................................................................................................ 16
10.3.2 功能评估指标......................................................................................................... 16
10.3.3 功能改进建议......................................................................................................... 17
10.3.4 故障分析与处理..................................................................................................... 17
第 1 章 基础知识
1.1 工业概述
1.1.1 定义与分类
工业是一种自动执行工作的设备，它能够接受人类指挥，也可以运行预先
编排的程序，或者根据由人工智能程序制定的原则行动。根据其结构形式和功能
特点，工业可分为关节臂、直角坐标、圆柱坐标、并联和SCARA 等。
1.1.2 发展历程
自20世纪 60 年代以来，工业技术得到了迅速发展。从最初的固定程序控制
到现在的智能自适应控制，工业在汽车、电子、食品、药品等行业得到了广泛应
用。
1.1.3 应用领域
工业在焊接、装配、搬运、喷涂、切割、检测等生产环节具有重要作用，能够
提高生产效率、降低生产成本、保证产品质量。
1.2 编程基础
1.2.1 编程概念
编程是指为工业编写一系列控制指令，使其能够完成特定任务的过程。编程
方法包括示教编程、离线编程和智能编程等。
1.2.2 编程步骤
（1） 确定任务需求：分析并明确需要完成的任务。
（2） 制定方案：根据任务需求，选择合适的型号、工具和坐标系等。
（3） 编写程序：编写控制指令，使完成预定的动作。
（4） 调试与优化：对程序进行调试，保证运行稳定可靠，并对程序进行
优化以提高效率。
1.2.3 编程语言

编程语言主要包括以下几种：RAPID（ABB）、KRL（KUKA）、TP（FANUC）等。

1.3 编程语言简介

1.3.1 RAPID 语言

RAPID 是 ABB 公司为其产品开发的一种编程语言，具有模块化、结构化和可

扩展性等特点。它支持面向对象编程，可以方便地实现复杂任务的编程。

1.3.2 KRL 语言

KRL（KUKA Robot Language）是德国 KUKA 公司为其开发的一种编程语言。

KRL 具有指令丰富、操作简单、易于掌握等特点，广泛应用于工业编程领域。

1.3.3 TP 语言

TP（Teach Pendant）是FANUC 公司为其开发的一种编程语言。通过TP 编程

用户可以在控制柜上直接进行示教编程，操作简便，易于上手。同时 TP 语言支

持与高级编程语言（如 C、C 等）的接口，可以实现复杂的控制逻辑。

第 2 章硬件系统

2.1 结构组成

硬件系统是由多个部分组成的复杂系统，主要包括机械结构、驱动系统、控

制系统、传感器和执行器等。以下是各部分的详细组成：

2.1.1 机械结构

机械结构是的骨架，主要包括基座、关节、连杆和末端执行器等部分。基座

为的支撑结构，关节实现各连杆之间的相对运动，连杆连接各个关节，末端执

行器用于执行特定任务。

2.1.2 驱动系统

驱动系统是的动力来源，主要包括电机、减速器、驱动器等。驱动系统根据

控制系统的指令，为各个关节和执行器提供相应的力和速度。

2.1.3 控制系统

控制系统是的大脑，负责接收传感器信息、处理数据、控制指令并驱动执行

器。控制系统通常包括硬件和软件两部分，硬件主要包括控制器、计算机、接口

电路等，软件则包括操作系统、控制算法等。

2.1.4 传感器

传感器用于检测本身的状态以及外部环境信息，为控制系统提供实时数据。

常见的传感器有位置传感器、速度传感器、力传感器、视觉传感器等。

2.1.5 执行器

执行器是的末端执行部分，用于实现特定的作业任务。根据任务需求，执行

器可以是夹具、焊枪、喷漆枪等。

2.2 关节类型及功能

的关节是实现其运动能力的关键部分，以下是几种常见的关节类型及其功

能：

2.2.1 旋转关节

旋转关节可以实现两个相邻连杆之间的相对旋转运动。它广泛应用于工业中

如关节臂、圆柱坐标等。

2.2.2 摆动关节

摆动关节允许连杆在一个平面内进行摆动，实现往复运动。这种关节适用于

需要较大范围移动的场合，如码垛。

2.2.3 线性关节

线性关节使连杆沿直线方向运动，常用于直角坐标、圆柱坐标等。

2.2.4 螺旋关节

螺旋关节可以实现两个连杆之间的相对螺旋运动，适用于需要空间螺旋运

动的场合。

2.3 传感器与执行器

2.3.1 传感器

（1）位置传感器：用于检测关节或执行器的位置，如编码器、电位计等。

（2）速度传感器：用于检测关节或执行器的速度，如测速发电机等。

（3）力传感器：用于检测执行器所施加的力，如压力传感器、应变片等。

（4）视觉传感器：用于获取外部环境图像信息，如摄像头、激光雷达等。

2.3.2 执行器

（1）电动执行器：通过电机驱动，实现旋转或线性运动，如伺服电机、步

进电机等。

（2）气动执行器：利用气体压力实现运动，如气缸、气动手爪等。

（3）液压执行器：利用液体压力实现运动，如液压缸、液压马达等。

（4）其他执行器：如磁力执行器、超声波执行器等，根据特定应用场景选

择。

第 3 章编程环境搭建

3.1 编程软件安装与配置

3.1.1 软件获取

在进行工业编程之前，需首先获取相应的编程软件。请从官方渠道适合您操

作系统的编程软件安装包。

3.1.2 安装步骤

运行的安装包，按照以下步骤完成安装：

（1）双击安装包，启动安装程序。

（2）阅读并同意软件许可协议。

（3）选择安装路径，建议使用默认路径。

（4）根据需求，选择附加功能组件。

（5）完成安装，“完成”按钮退出安装向导。

3.1.3 软件配置

安装完成后，启动编程软件，按照以下步骤进行配置：

（1）在软件主界面，选择“工具”菜单下的“选项”命令。

（2）在“选项”对话框中，根据实际需求设置编程环境参数，如编程语言、

字体大小等。

（3）在“”选项卡，选择对应的型号，并设置相关参数。

（4）“确定”按钮保存设置。

3.2 编程界面及功能介绍

3.2.1 菜单栏

菜单栏包括文件、编辑、视图、工具、帮助等菜单项，通过这些菜单项可以完

成编程过程中的基本操作。

3.2.2 工具栏

工具栏提供了一系列快捷操作按钮，包括新建、打开、保存、编译、运行等功

能。

3.2.3 代码编辑区

代码编辑区用于编写和修改程序代码，支持语法高亮、代码折叠等功能。

3.2.4 输出窗口

输出窗口用于显示编译和运行过程中的信息，包括错误提示、程序运行状态

等。

3.2.5 状态栏

状态栏显示了当前选中的状态信息，如连接状态、坐标位置等。

3.3 型号选择与参数设置

3.3.1 型号选择

在编程软件中，根据实际使用的工业型号，选择对应的型号。具体操作如下

（1）在菜单栏选择“”菜单。

（2）在下拉菜单中选择“选择型号”命令。

（3）在弹出的对话框中，选择合适的型号，“确定”按钮。

3.3.2 参数设置

选择型号后，需对相关参数进行设置。具体操作如下：

（1）在菜单栏选择“”菜单。

（2）在下拉菜单中选择“参数设置”命令。

（3）在弹出的参数设置对话框中，根据实际需求设置相关参数，如速度、

加速度等。

（4）“确定”按钮保存设置。

注意：请保证在编程过程中，所设置的参数与实际使用的相匹配，以保证

程序的正确运行。

第 4 章基本编程操作

4.1 编程流程概述

本章主要介绍工业编程的基本操作流程。在进行编程操作之前，请保证已熟

悉操作系统的基本操作和硬件组成。

编程流程主要包括以下几个步骤：

4.1.1 确定任务需求

分析并明确需要完成的具体任务，包括运动轨迹、速度、加速度等要求。

4.1.2 编程环境准备

启动编程软件，选择合适的型号和控制器，配置编程环境。

4.1.3 编写程序代码

根据任务需求，编写相应的程序代码。程序代码包括运动控制指令、辅助功

能指令等。

4.1.4 代码调试

通过模拟和实际运行，检查程序的正确性、稳定性和可靠性。

4.1.5 程序优化

针对调试过程中发觉的问题，对程序进行优化和改进。

4.1.6 程序固化

将调试通过的程序固化到控制器中，以便随时调用。

4.2 运动控制

运动控制是编程操作的核心内容，主要包括以下方面：

4.2.1 坐标系设置

根据实际需求，设置坐标系，包括基座坐标系、工具坐标系和用户坐标系。

4.2.2 路径规划

规划运动路径，保证运动过程中不发生碰撞和干涉。

4.2.3 速度和加速度设置

根据任务需求，设置合理的速度和加速度参数。

4.2.4 运动控制指令

编写运动控制指令，实现对的精确控制。常见的运动控制指令包括直线运动

圆弧运动、关节运动等。

4.2.5 安全监控

在运动过程中，实时监控运行状态，保证操作安全。

4.3 辅助功能编程

辅助功能编程主要包括以下内容：

4.3.1 输入/输出控制

编写程序，实现对输入/输出信号的控制，包括传感器信号、执行器信号等。

4.3.2 外部设备调用

通过编程，实现与外部设备的通信和控制，如PLC、视觉系统等。

4.3.3 信号处理与逻辑判断

对输入/输出信号进行处理，实现复杂的逻辑判断和控制。

4.3.4 事件触发与响应

编写程序，实现对特定事件的触发和响应，如紧急停止、故障处理等。

4.3.5 用户界面与交互

设计用户界面，实现与操作者的交互，提高人机交互体验。

通过本章学习，读者应掌握工业基本编程操作，为后续深入学习复杂编程

应用打下坚实基础。

第 5 章程序结构设计

5.1 程序模块化设计

模块化设计是提高工业编程效率与可维护性的关键。本章首先介绍如何实现

程序模块化设计。模块化设计将整个程序拆分为多个独立、可复用的模块，每个

模块完成特定的功能，便于编程与后期维护。

5.1.1 模块划分原则

在进行模块划分时，应遵循以下原则：

（1）功能独立性：每个模块应具有明确、独立的功能，便于理解和修改。

（2）高内聚、低耦合：模块内部功能紧密相关，模块间的相互影响最小。

（3）适当的粒度：模块大小适中，既不过大也不过小。

5.1.2 模块化编程方法

（1）确定模块接口：明确模块的输入、输出参数，便于模块间的数据传递

（2）编写模块代码：按照功能要求，实现模块的具体功能。

（3）模块调用：在主程序或其他模块中调用已定义的模块。

5.2 循环与条件语句应用

循环与条件语句是程序结构设计中的重要组成部分，能够使程序具有更好

的灵活性和适应性。

5.2.1 循环语句应用

（1） for循环：适用于已知循环次数的场景，如遍历数组、执行固定次数

的操作等。

（2） while循环：适用于循环次数不确定，但循环条件明确的场景。

（3）循环控制语句：break、continue 等，用于控制循环的执行。

5.2.2 条件语句应用

（1） ifelse结构：根据条件判断，执行不同的操作。

（2） switchcase结构：适用于多分支选择的情况，结构清晰，易于理解。

5.3 子程序与宏指令

子程序与宏指令是提高编程效率、简化程序结构的有效手段。

5.3.1 子程序

子程序是一段可以被多次调用的程序代码，用于实现特定功能。子程序的优

点如下：

（1）代码复用：同一子程序可在不同地方被多次调用。

（2）简化主程序结构：将复杂功能拆分为多个子程序，使主程序更加简

洁。

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摘要：

工业编程操作手册第1章基础知识...........................................................................................................................41.1工业概述........................................................................................................................41.1.1定义与分类..........................

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