第十一课：机器人示教器与编程基础（工业机器人实操）
本课目标：让你真正“会用示教器干活”。学完你应该能做到：
- 理解示教器在工业机器人系统里的定位（它不是遥控器，而是现场编程与调试入口）
- 完成一次完整的示教编程：建点位 → 录动作 → 调姿态 → 做速度/精度优化 → 加IO/工艺指令 → 试运行
- 知道常见坑：坐标系用错、姿态翻腕、速度太快、接近/离开没做、安全模式没配好
11.1 机器人示教器的概念与作用
11.1.1 什么是示教器？
示教器（Teach Pendant）可以理解为工业机器人的“现场交互式控制器”。它通常具备：
- 手动点动：用按键/摇杆/触摸操作，让机器人按轴或按坐标系移动
- 示教记录：把机器人当前位姿记录成点位/轨迹
- 程序编辑：插入运动指令、IO指令、工艺指令（焊接、点胶、抓取等）
- 调试诊断：看报警、看IO状态、看速度/加速度、看坐标系与工具参数
一句话：示教器是工业机器人最常用的“现场编程 + 调试 + 维护入口”。很多产线改工艺、换产品、修点位，都是靠示教器完成的。
11.1.2 示教器常见应用场景（更贴近现场）
- 新线调试：第一次把“取放/焊接/点胶/码垛”流程跑起来
- 换型：产品换款后，改几个关键点位、改夹具偏置
- 故障恢复：机器人卡在半路、报警停机，需要手动回安全位
- 节拍优化：调整速度、路径、接近/离开距离、等待信号逻辑
11.1.3 实例：焊接产线“示教器的价值”
假设一条焊接线有 10 个焊点。操作员用示教器完成：
- 将机器人点动到第1个焊点，记录点位 P1（含姿态）
- 设置焊接参数（电流、电压、送丝、摆动等）
- 重复到 P2~P10，插入焊接指令
- 试运行：发现 P5 偏 1mm → 现场微调并保存
结果：机器人可以稳定重复执行焊接路径，点位偏差可在现场快速修正，不需要回到离线软件重新建模。
11.2 示教器的基本操作（按“新手上手顺序”讲）
11.2.1 示教器界面与硬件构成（通用结构）
| 区域/部件 | 你会看到什么 | 现场最重要的用途 |
| 显示屏/菜单 | 程序列表、点位表、坐标系、报警、IO监控 | 查状态、改参数、看报警原因 |
| 使能开关（Deadman） | 常见为三段式握把：松开/半按/压死 | 保证手动模式安全点动（松手即停） |
| 急停（E-Stop） | 红色蘑菇头 | 紧急停止机器人 |
| 点动/方向键 | J1~J6 或 XYZ/RxRyRz 按键 | 手动移动到目标位姿 |
| 速度旋钮/倍率 | 0~100% 或 分档 | 调试时先低速，确认路径再提速 |
| 模式选择 | 手动/自动/示教 等 | 不同模式权限不同，避免误动作 |
新手最容易忽略：手动点动必须正确使用“使能开关 + 低速倍率”。很多事故来自“倍率太高 + 手滑 + 坐标系用错”。
11.2.2 点动方式：关节坐标 vs 工具坐标 vs 基座坐标（决定你能不能“走直线”）
- 关节坐标（Joint/JOG）：J1~J6 单轴动，适合避障、回零、解奇异
- 基座坐标（Base/World）：按 XYZ 移动（相对机器人底座），适合大范围搬运
- 工具坐标（Tool/TCP）：按工具前后左右上下移动，适合对孔、插装、点胶、焊接“走直线”
口诀：对工件精细操作（插装/点胶/焊枪靠近）优先用 Tool/TCP；大范围换位/避障用 Base；姿态绕不过去用 Joint。
11.2.3 记录与播放（示教）的基本概念
记录（Teach/Record）：你把机器人移动到一个关键位置，保存成点位（Position）或路径点（Waypoints）。
播放（Play）：机器人按你记录的点位顺序执行，重复动作。
数据示例：10次焊接操作（典型点位表）
| 序号 | 点位名称 | 动作 | 备注 |
| 1 | P1_Approach | 快速到预位 | 离工件 50mm 安全高度 |
| 2 | P1_Weld | 焊接点 | 低速，开启焊接 |
| 3 | P1_Leave | 离开 | 先抬高再转向 |
| … | … | … | … |
| 10 | P10_Weld | 焊接点 | 结束后关焊接 |
注意：现场稳定程序通常每个工艺点都有“预位/工艺位/离开位”，不是只记一个点。
11.3 示教器编程流程（按“能直接干活”的步骤）
11.3.1 标准流程总览（强烈建议照这个做）
- 准备：确认手动模式、低速倍率、工具（TCP）与工件坐标（Workpiece/User Frame）已校准
- 建点：先建安全点（Home/安全高度），再建工艺点（取/放/焊/胶）
- 插入运动指令：快移（粗定位）+ 慢移（精定位）
- 插入IO/工艺指令：夹爪开合、真空、焊接开始/结束、点胶开关
- 加互锁与等待：等夹具到位、等供料OK、等安全门关闭
- 单步试运行：逐句执行，观察轨迹与姿态
- 优化：速度/加速度、路径顺序、接近/离开距离、姿态翻转处理
- 自动运行验证：连续跑100件，看漂移与偶发问题
现场经验：先把“安全位 → 预位 → 工艺位 → 离开位 → 安全位”走通，再追求节拍。不要一上来就追速度。
11.3.2 动作录制：怎么录才“稳”
- 先录安全高度点：所有工艺动作都从安全高度接近，避免擦碰
- 接近与离开分两段：先抬高再转向（很多碰撞发生在“边转边抬”）
- 工艺点用低速：焊接/点胶/插装/锁付的最后 10~30mm 必须低速可控
- 记录姿态：同一位置不同姿态会影响电缆/焊枪干涉，别只看XYZ
11.3.3 动作调整与优化：三类常见优化（可直接照做）
优化1：点位精度（偏 0.5mm 怎么办？）
- 先确认 工件坐标系 是否正确（坐标系错，点位越调越乱）
- 用 Tool 坐标 做微调（沿工具轴更直观）
- 如果工件位置有批次漂移：考虑 视觉校正/基准点补偿（不是每次人工调）
优化2：节拍（动作多、等待多）
- 把“快移段”速度提高，“工艺段”保持低速
- 把等待信号放到“路上等”，不要到点位了才等
- 能并行的并行：供料提前准备、夹具提前夹紧
优化3：姿态翻腕/奇异点（突然抽风）
- 改变接近姿态或换一条路径绕开奇异区
- 增加中间过渡点，让姿态变化平滑
- 必要时改“关节运动”通过狭窄区域，再切回工具直线
11.3.4 程序生成与导出（通用思路）
示教器本质会把“点位 + 指令 + 参数”存成控制器可执行的程序。常见能做：
- 保存/备份程序与点位表（U盘/网络）
- 版本管理：改动记录（改了哪个点、改了哪个速度）
- 导出到离线软件/导入模板（视品牌与软件而定）
11.4 示教器与编程语言结合（纠正一个常见误区 + 给你品牌对照）
11.4.1 示教=记录点位，编程=写逻辑（两者要配合）
示教器 GUI 录点很快，但产线真正稳定靠“逻辑编程”：互锁、重试、报警分类、节拍控制、数据追溯。
实操建议： - 用示教器快速把点位跑通（轨迹确定）
- 用程序逻辑把“异常场景”补齐（缺料/夹具不到位/抓取失败/超时）
11.4.2 常见品牌语言对照（别混淆）
| 品牌 | 常见编程语言/环境 | 说明（非常重要） |
| ABB | RAPID（RobotStudio 离线环境） | ABB 主流语言是 RAPID；RobotStudio 是离线编程/仿真环境，不是“语言名”。 |
| 安川 | INFORM（示教器常用） / MotoPlus（扩展） | 示教器上常见的是 INFORM 指令体系；更深度扩展可用 MotoPlus 等。 |
| KUKA | KRL（KUKA Robot Language） | 典型文件结构 .SRC/.DAT；点位与参数分开管理。 |
| FANUC | TP 程序（示教器） / KAREL（高级） | KAREL 是 FANUC 的高级语言；TP 是现场最常见的示教程序形式。 |
你原稿里“安川生成Karel代码”这一句不准确：KAREL 通常是 FANUC 的语言。不同品牌叫法不同，但核心原理一致：示教点位 + 指令逻辑 + 工艺参数。
11.4.3 实例：拾取与放置（Pick & Place）示教到程序的“现场套路”
- 建立坐标：TCP（夹爪中心）+ 工件坐标（夹具基准）
- 示教点位：Pick_Approach / Pick / Pick_Leave；Place_Approach / Place / Place_Leave
- 加入IO：到Pick点关闭夹爪（或真空开），到Place点打开夹爪
- 加入互锁：等待夹具到位、真空OK、门锁OK
- 异常处理：抓取失败重试 N 次 → 仍失败则报警停机/放不良盒
- 节拍优化：快移段提速，工艺段保持低速；等待信号提前并行
下一课预告（第十二课建议）：示教编程进阶——坐标系（TCP/工件坐标）、点位补偿、视觉引导（2D定位）、报警与状态机，让程序“可量产”。