1. 课程导入与协同生产线认知
在汽车白车身焊装、家电装配、物流分拣等场景中，单台KUKA机器人往往只能完成一个工位上的固定动作；当产品需要在多个工位之间流转、由多台机器人接力完成焊接、搬运、涂胶、检测等工序时，就形成了KUKA多机器人协同生产线。本课程围绕这类生产线的设计、编程、通信与调试展开，本章先建立整体认知：它由哪些部分组成、典型应用长什么样、学习路径如何安排。
一、什么是多机器人协同生产线
“协同”不是简单地把几台机器人摆在一起，而是让它们在节拍、空间、信号和任务四个维度上互相配合。以一条典型的白车身侧围焊装线为例：工位1由KR 210 R2700负责上件与定位，工位2由两台KR 16完成点焊，工位3由KR 60完成搬运与涂胶，工位4由KR 10进行视觉检测。四台机器人通过PLC与安全控制器交换信号，共享输送链和夹具状态，任何一台未到位，下游都不能启动。这就是协同的最小闭环。
从系统角度看，一条KUKA多机器人协同生产线通常包含以下层次：
- 执行层：KUKA机器人本体（如KR 6、KR 16、KR 60、KR 210系列）、焊钳、吸盘、涂胶枪等末端执行器。
- 控制层：KRC4/KRC5机器人控制器、PLC（如Siemens S7-1500）、安全PLC，负责运动控制与逻辑互锁。
- 通信层：PROFINET、EtherCAT、Ethernet/IP或KUKA的RSI接口，用于机器人之间、机器人与PLC之间的数据交换。
- 感知层：安全光幕、区域扫描仪、视觉相机、力传感器，用于状态监测与安全防护。
- 管理层：MES/SCADA系统，负责生产调度、节拍统计与故障记录。
理解这五层结构，是后续进行I/O分配、通信配置和联调的基础。下图给出了一条四工位协同生产线的典型拓扑，可以看到机器人、PLC、安全设备与输送系统之间的连接关系。
二、典型应用场景
多机器人协同生产线在工业中主要有四类典型场景，理解它们的差异有助于后续选择通信方式和协同策略。
| 场景 | 典型行业 | 协同重点 | 常用机器人 |
|---|---|---|---|
| 白车身焊装线 | 汽车整车 | 节拍同步、焊点分配、夹具互锁 | KR 16 / KR 210 |
| 总装搬运与装配 | 汽车零部件 | 工件交接、力控装配、防碰撞 | KR 60 / KR 120 |
| 物流分拣与码垛 | 电商、食品 | 视觉引导、抓取顺序、路径避让 | KR 10 / KR 40 |
| 涂胶与检测 | 家电、新能源 | 轨迹连续、胶量控制、结果判定 | KR 6 / KR 10 |
以焊装线为例，两台KR 16在同一工位内协同焊接时，需要解决“谁先焊、谁让位”的问题。常见做法是划分空间互锁区：把工位划分为A、B两个子区域，机器人1在A区作业时，机器人2只能在B区等待或做辅助动作，通过PLC的互锁信号切换。若节拍要求更紧，则采用时间片轮转，例如每200 ms切换一次作业权，这需要机器人之间通过RSI或PROFINET实时交换位置与状态。
三、学习目标与整体路径
本课程结束后，你应当能够独立完成一条小型多机器人协同线的方案设计、通信配置、程序编写与联调排障。具体目标包括：
- 能根据工件与节拍要求，完成机器人选型与工位划分。
- 能配置KRC4/KRC5与PLC之间的PROFINET通信，正确分配I/O。
- 能编写机器人间的协同逻辑，包括互锁、握手、节拍同步。
- 能设置安全区域与急停回路，理解安全PLC的互锁机制。
- 能使用WorkVisual进行项目集成与在线调试。
- 能根据故障现象定位通信、程序或机械问题。
整体学习路径按“认知—单机—通信—协同—调试—优化”推进。前几章先建立单台KUKA机器人的编程与坐标系基础，再引入PLC与通信，随后进入多机协同逻辑，最后用一条完整的模拟产线进行联调。建议在学习过程中同步准备一台KUKA仿真环境（如KUKA.Sim或OfficeLite），每章至少完成一次动手练习。
本章建立了协同生产线的整体图景：五层结构、四类场景、六项学习目标。接下来的章节将从单台KUKA机器人的运动与编程开始，逐步把这些模块连接成一条真正能跑起来的生产线。