第十二课：示教器在实际编程中的应用（工业机器人实操版）
本课目标：把“示教器会按按钮”升级为“示教器能做出可量产的程序”。学完你应能：
- 用示教器完成一个完整任务：取料 → 走安全轨迹 → 放料 → 回安全位
- 把示教点位与逻辑编程结合：互锁、等待、超时、重试、报警分类
- 理解示教器与 PLC 的分工：机器人管运动与工艺，PLC 管节拍与互锁
- 掌握多机器人协作的基本套路：主从握手、互锁信号、避让区
重要提醒（现场最容易踩坑）：示教点位记录的不是“一个XYZ”，而是 XYZ + 姿态 + 坐标系 + 速度/区间(拐角圆滑) + 工具(TCP)。 同一XYZ，姿态不同可能导致电缆干涉、翻腕、碰夹具。
12.1 示例：通过示教器编程完成任务（Pick & Place 取放）
12.1.1 典型工位场景（你在工厂最常见的那种）
任务
从料盘取件 → 放到治具定位孔
节拍目标
12 秒/件（示例）
关键风险
擦碰夹具 / 掉料 / 位置漂移
12.1.2 “可量产”的点位规划：每个动作至少3个点
现场稳定程序通常这样分点（不要只记一个 Pick 点）：
| 点位 | 含义 | 速度建议 | 目的 |
| HOME | 安全位/回零附近 | 中速 | 报警恢复、安全等待 |
| PICK_APP | 取料预位（离料盘上方 50~80mm） | 高速 | 快速接近、不擦碰 |
| PICK | 取料位（实际抓取高度） | 低速 | 稳定抓取 |
| PICK_LEAVE | 取料离开位（先抬高再转向） | 中速 | 避免边转边抬碰撞 |
| PLACE_APP | 放料预位（离治具上方 50~80mm） | 高速 | 快速接近 |
| PLACE | 放料位（插入/贴合高度） | 低速 | 避免顶歪/划伤 |
| PLACE_LEAVE | 放料离开位 | 中速 | 安全退出 |
口诀：“快移只负责到预位，慢移才负责工艺精度”。节拍要快，先快预位，工艺段不要乱提速。
12.1.3 示例数据：从 (X=0, Y=0) 到 (X=3, Y=4) 的“点位+时间”如何落到示教程序
你给的示例坐标可以理解为“平面移动”。在工业机器人里，真实点位通常包含：
- 位置：X/Y/Z（mm）
- 姿态：Rx/Ry/Rz（或四元数）
- 坐标系：基座/工具/工件坐标
- 速度：比如 500mm/s（快移），50mm/s（慢移）
- 区间/拐角：是否圆滑过渡（减少停顿，提高节拍）
示例点位表（简化展示）
| 点位 | X | Y | Z | 速度 | 备注 |
| HOME | 0 | 0 | 500 | 中速 | 安全位 |
| PICK_APP | 0 | 0 | 200 | 快 | 离料盘上方 |
| PICK | 0 | 0 | 120 | 慢 | 抓取高度 |
| PLACE_APP | 3 | 4 | 200 | 快 | 离治具上方 |
| PLACE | 3 | 4 | 110 | 慢 | 放置高度 |
注意：这里只用来解释“示教记录”的结构；现场还要有姿态与坐标系。
示教程序逻辑（品牌无关的通用写法）
1) MOVE HOME 2) 等待：夹具到位 = ON 3) MOVE PICK_APP（快） 4) MOVE PICK（慢） 5) 输出：夹爪关闭 / 真空 ON 6) 等待：夹持OK = ON（带超时） 7) MOVE PICK_LEAVE 8) MOVE PLACE_APP（快） 9) MOVE PLACE（慢） 10) 输出：夹爪打开 / 真空 OFF 11) 等待：释放完成（可选） 12) MOVE PLACE_LEAVE 13) MOVE HOME
最常见的三种“看似会动但不稳定”的原因： - 坐标系用错：你以为在 Tool 坐标走直线，实际在 Base 坐标，导致接近角度不对
- 只教一个点：没有预位/离开位，机器人边转边下降，擦碰夹具
- 没有互锁与超时：夹爪没夹住也继续走，掉料；供料没到位也抓，撞治具
12.1.4 再加两个“更像产线”的取放例子（可直接搬到文章里）
例子1：传送带取料（动态抓取）
- 难点：工件在动，纯示教点位不够，需要“触发 + 跟踪/补偿”
- 常见方案：传送带编码器 + 拍照定位 + 触发窗口（在某段范围内抓取）
- 示教器怎么用：先示教抓取姿态与安全路径，再把“抓取点”改为由视觉计算的偏置量（Offset）
例子2：多SKU换型取放（柔性工位）
- 难点：不同型号放置高度/位置不同，人工每天调点会崩溃
- 常见方案：示教只保留“基准点”，不同SKU用参数表（偏置XYZ/姿态）自动修正
- 示教器怎么用：示教基准点 + 录入偏置参数（或从PLC/MES读参数）
12.2 示教器与其他编程方式结合（示教点位 + 逻辑程序 + PLC）
12.2.1 手动编程与示教器结合：为什么必须这么做？
示教器适合“把轨迹跑出来”，但产线需要的是“可量产逻辑”。下面是最常见要加的逻辑模块：
| 模块 | 示教器做什么 | 程序逻辑补什么 |
| 点位与轨迹 | 示教 HOME/预位/工艺点 | 路径顺序、拐角圆滑、速度分段 |
| 夹爪/真空 | 记录动作点位 | 互锁、延时、夹持OK检测、超时报警 |
| 异常处理 | 无法靠示教解决 | 重试次数、回安全位、放不良盒、报警码 |
| 换型 | 示教基准点 | 参数表偏置、按SKU选择路径分支 |
实操建议：程序结构用“主程序 + 子程序/工艺块”。点位改动只改子程序，主程序不动，维护成本最低。
12.2.2 示教器与 PLC 控制系统结合：真实产线怎么分工？
通用分工：PLC 管“产线节拍与互锁”，机器人管“运动与工艺执行”。这样维护最清晰。
（1）典型握手信号（你写方案时可以直接用）
| 信号 | 方向 | 含义 |
| PLC_READY | PLC → 机器人 | 夹具到位、允许机器人进入工位 |
| ROBOT_BUSY | 机器人 → PLC | 机器人正在执行，PLC不要夹紧/松开 |
| ROBOT_DONE | 机器人 → PLC | 本周期完成，可进入下一工序 |
| ROBOT_ALARM | 机器人 → PLC | 机器人故障/超时/抓取失败 |
| PART_OK / PART_NG | 机器人 → PLC | 工件判定（视觉/扭矩/力位移）结果 |
（2）带超时的等待（现场必做）
WAIT PLC_READY = ON (超时 3s → 报警：夹具不到位) WAIT GRIP_OK = ON (超时 1s → 报警：抓取失败) WAIT SAFE_DOOR = ON (超时 10s → 报警：安全门未关)
提示：没有超时等待，程序会“卡死”，现场最难维护。
12.2.3 再给两个“PLC + 机器人”的实战例子
例子1：螺丝锁付站（机器人定位 + 电批锁付 + 曲线判定）
- 示教器：示教螺丝孔位的预位/工艺位
- PLC：控制供钉机、治具夹紧、记录扭矩/角度曲线、判定 OK/NG
- 机器人：到孔位执行锁付，锁付完成把结果码（OK/NG原因）回写给PLC
例子2：压装站（伺服压机 + 力位移曲线）
- 示教器：示教放件与取件路径（避免擦碰压机与治具）
- PLC：下发压装参数（目标位移/最大力/速度曲线），收集力位移曲线并判定
- 机器人：负责搬运、定位放置，结果 OK/NG 分拣
12.3 示例：示教器与多机器人协作编程（双臂/多工位/仓储搬运）
12.3.1 多机器人协作的三种典型模式（非常常见）
- 并行分工：A取料，B放料，各自跑各自的节拍（最稳）
- 接力传递：A抓取交给B（需要交接点与互锁）
- 共用工位：两个机器人共享一个区域（需要避让区、互锁、锁区机制）
协作失败的根因通常不是“通信协议”，而是： - 没有“锁区”机制（A进区域时，B必须禁止进入）
- 没有“谁先谁后”的仲裁（同时抢资源）
- 没有“超时与恢复策略”（一个卡住，另外一个也跟着死等）
12.3.2 示例：双机器人协同装配（A上料定位，B锁付）
场景：Robot-A 把工件放入治具并定位夹紧；Robot-B 负责锁付 4 颗螺丝。
（1）点位怎么示教？
- A：上料路径点（HOME → 上料预位 → 上料位 → 离开位）
- B：锁付孔位点（每颗螺丝都有：预位/孔位/离开）
- 共享：交接区与避让区（必须有安全高度点）
（2）互锁怎么做？（最小可用握手）
A: 输出 A_DONE_LOAD = ON （表示上料完成） B: WAIT A_DONE_LOAD = ON （等A完成后再进入治具区） B: 输出 B_BUSY = ON （锁付中，禁止A进入） B: 输出 B_DONE = ON （锁付完成） A: WAIT B_DONE = ON （等B完成后再取走或进入下一循环）
实战建议：再加超时、报警码、以及“回安全位”恢复动作，避免卡死。
12.3.3 示例：智能仓储多台搬运机器人（路径示教 + 任务调度）
你原稿说“每台机器人用示教器记录路径”，在真实仓储里更常见的做法是：
- 示教器/现场：只定义关键站点（取货点、放货点、充电点、等待区）
- 调度系统：根据任务分配、拥堵情况动态规划路线（机器人不靠固定路线死跑）
- 互锁机制：交叉口/窄通道资源锁（避免两车顶住）
更贴近工业落地的“协作要点”： - 站点定义 = 可标准化、可复制（换场地只改站点）
- 调度优先级 = 任务轻重缓急（急件优先）
- 充电策略 = 机会充电/换电（保障不断线）
本课总结：你写成文章时可以直接用的“结论段”
- 示教器最适合快速完成“点位与轨迹”，但量产稳定必须加：互锁、超时、重试、报警分类与数据记录。
- 取放任务建议固定结构：预位/工艺位/离开位，并把速度分段管理。
- 与PLC协同的关键不是协议，而是信号点表与状态机：READY/BUSY/DONE/ALARM + 结果回写。
- 多机器人协作必须有“锁区+仲裁+超时恢复”，否则现场必卡死。