工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn) PPT課件 項(xiàng)目6任務(wù)一 工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系的設(shè)定

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目6工業(yè)機(jī)器人繪制圖形任務(wù)一工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系的設(shè)定工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系01大地坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）02工具中心點(diǎn)坐標(biāo)系03工具坐標(biāo)系設(shè)定方法04工件坐標(biāo)系05工件坐標(biāo)系的設(shè)定方法06工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操0701工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系在進(jìn)行正式的編程之前，需要構(gòu)建必要的編程環(huán)境，機(jī)器人的工具數(shù)據(jù)和工件坐標(biāo)系就需要在編程前進(jìn)行定義。工具數(shù)據(jù)（tooldata）用于描述安裝在機(jī)器人第六軸上的工具的TCP、質(zhì)量、重心等參數(shù)數(shù)據(jù)。一般不同的機(jī)器人應(yīng)用配置不同的工具，在執(zhí)行機(jī)器人程序時(shí)，就是機(jī)器人將工具的中心點(diǎn)TCP移至編程位置。那么，如果要更改工具以及工具坐標(biāo)系，機(jī)器人的移動(dòng)也會(huì)隨之改變，以便新的TCP到達(dá)目標(biāo)。機(jī)器人系統(tǒng)的坐標(biāo)系包含World坐標(biāo)系——大地坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系）、Base坐標(biāo)系——基坐標(biāo)系、Tool坐標(biāo)系——工具坐標(biāo)系及Wobj坐標(biāo)系——工件坐標(biāo)系等。在圖6-2中標(biāo)出你認(rèn)為的大地坐標(biāo)系、基坐標(biāo)、工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系，并說(shuō)明各自的關(guān)系。工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系圖6-2各坐標(biāo)系標(biāo)注圖02大地坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）大地坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）大地坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系，WorldCoordinateSystem），用于表示整個(gè)工作站或機(jī)器人單元，所有其他坐標(biāo)系均與其相關(guān)；當(dāng)機(jī)器人本體需要移動(dòng)或者空間內(nèi)存在多個(gè)機(jī)器人協(xié)作需要統(tǒng)一它們的位置參照時(shí)，就需要確定一個(gè)參照系來(lái)確定機(jī)器人的基座標(biāo)系在空間內(nèi)的坐標(biāo)，我們把這個(gè)參照系稱作“大地坐標(biāo)系”，大地坐標(biāo)系也被稱為“世界坐標(biāo)系”或“全局坐標(biāo)系”等。大地坐標(biāo)系可定義機(jī)器人單元，所有其他的坐標(biāo)系均與大地坐標(biāo)系直接或間接相關(guān)。它適用于微動(dòng)控制、一般移動(dòng)以及處理具有若干機(jī)器人或外軸移動(dòng)機(jī)器人的工作站和工作單元。若機(jī)械臂是安裝在地面上，則通過(guò)基坐標(biāo)系編程較容易。但如果機(jī)械臂是倒置安裝（倒掛安裝），那么因?yàn)闄C(jī)器人各軸的方向與工作空間內(nèi)的主要方向不同，導(dǎo)致通過(guò)基坐標(biāo)系編程變的困難，此時(shí)定義一個(gè)大地坐標(biāo)系就非常有用。在默認(rèn)情況下，大地坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系是一致的。因?yàn)樵诒締卧蝿?wù)中機(jī)器人均安裝在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，可將大地坐標(biāo)系和基坐標(biāo)系看做一個(gè)坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）基坐標(biāo)系（BaseCoordinateSystem），不論是虛擬仿真中還是現(xiàn)實(shí)中，工作站中的每個(gè)機(jī)器人都擁有一個(gè)始終位于其底部的基礎(chǔ)坐標(biāo)系，稱之為基座（BF）；ABB機(jī)器人的基坐標(biāo)原點(diǎn)在機(jī)器人基座上，Z軸垂直于基座，具體方向如圖6-3所示。圖6-3工業(yè)機(jī)器人的基坐標(biāo)03工具中心點(diǎn)坐標(biāo)系工具中心點(diǎn)坐標(biāo)系工具中心點(diǎn)坐標(biāo)系（ToolCoordinateSystem），也稱為T(mén)CP，是工具的中心點(diǎn)，是以安裝在機(jī)械接口上的末端執(zhí)行器或工具為參照系的坐標(biāo)系，所有的機(jī)器人在機(jī)器人的工具安裝點(diǎn)處都有一個(gè)被稱為tool0的預(yù)定義TCP，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人將該TCP移動(dòng)至編程的位置；一般情況下，不同的機(jī)器人應(yīng)用會(huì)配置不同的工具，比如說(shuō)用于弧焊的機(jī)器人就使用弧焊焊槍作為工具，而用于搬運(yùn)板材的機(jī)器人就會(huì)使用吸盤(pán)式的夾具作為工具。當(dāng)用戶給機(jī)器人裝上新的工具時(shí)，用戶就能將一個(gè)或多個(gè)新工具坐標(biāo)系定義為tool0的偏移值，如tool1、tool2或tool5等。另外需要注意的是，TCP點(diǎn)的位置通常設(shè)置在工具的工作位置。圖（a）默認(rèn)工具坐標(biāo)系（b）自定義工具坐標(biāo)系圖6-4工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)系04工具坐標(biāo)系設(shè)定方法工具坐標(biāo)系設(shè)定方法在工具重新安裝、更換以及工具使用后出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)誤差等情況下需要進(jìn)行重新設(shè)定，TCP工具坐標(biāo)的設(shè)定原理為：首先在機(jī)器人工作范圍內(nèi)找一個(gè)非常精確的固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)。然后在工具上確定一個(gè)參考點(diǎn)，一般是工具的中心點(diǎn)TCP。通過(guò)之前學(xué)習(xí)到的手動(dòng)操縱機(jī)器人的方法，去移動(dòng)工具上的參考點(diǎn)以最少四種不同的機(jī)器人姿態(tài)盡可能與固定點(diǎn)剛好碰上。為了獲得更準(zhǔn)確的TCP，我們?cè)谝韵碌睦又惺褂?點(diǎn)法進(jìn)行操作，第四點(diǎn)是用工具的參考點(diǎn)垂直于固定點(diǎn)，第五點(diǎn)是工具參考點(diǎn)從固定點(diǎn)向?qū)⒁O(shè)定為T(mén)CP的X方向移動(dòng)，第六點(diǎn)是工具參考點(diǎn)從固定點(diǎn)向?qū)⒁O(shè)定為T(mén)CP的Z方向移動(dòng)。機(jī)器人就可以通過(guò)這四個(gè)位置點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)計(jì)算求得TCP的數(shù)據(jù)，然后TCP的數(shù)據(jù)就保存在tooldata程序數(shù)據(jù)中被程序進(jìn)行調(diào)用。工具坐標(biāo)系設(shè)定方法其中TCP取點(diǎn)數(shù)量的區(qū)別如下：4點(diǎn)法，不改變tool0的坐標(biāo)方向；5點(diǎn)法，改變tool0的Z方向；6點(diǎn)法，改變tool0的X和Z方向。在取點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)，前三個(gè)點(diǎn)的姿態(tài)相差盡量大些，這樣有利于TCP精度的提高。4點(diǎn)法、5點(diǎn)法和6點(diǎn)法是根據(jù)用戶的需求而選擇的，當(dāng)我們需要獲取更準(zhǔn)確的TCP時(shí)（要求工具有X、Y、Z方向），則采用6點(diǎn)法進(jìn)行操作，其中第四點(diǎn)是用工具的參考點(diǎn)垂直于固定點(diǎn)，第五點(diǎn)是工具參考點(diǎn)從固定點(diǎn)向?qū)⒁O(shè)定為T(mén)CP的X方向移動(dòng)，第六點(diǎn)是工具參考點(diǎn)從固定點(diǎn)向?qū)⒁O(shè)定為T(mén)CP的Z方向移動(dòng)。按照工具重定位動(dòng)作模式，把坐標(biāo)系選為“工具”，工具坐標(biāo)選為“tool1”，可看見(jiàn)在工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行重定位運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，TCP點(diǎn)始終與工具參考點(diǎn)保持接觸，而機(jī)器人根據(jù)重定位操作改變姿態(tài)。工具坐標(biāo)系設(shè)定方法圖6-5工具坐標(biāo)選擇界面05工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系（WorkObjectCoordinateSystem），通常表示實(shí)際工件的坐標(biāo)系，它定義工件相對(duì)于大地坐標(biāo)的位置。同一個(gè)工業(yè)機(jī)器人可以有若干工件坐標(biāo)系用于表示不同工件或者表示同工件在不同位置的若干副本。用戶在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程時(shí)就是在工件坐標(biāo)中創(chuàng)建目標(biāo)和路徑，這帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：重新定位工作站中的工件時(shí)，只需更改工件坐標(biāo)的位置，所有路徑將隨之更新。圖6-6中，A是機(jī)器人的大地坐標(biāo)系，為了方便編程，給第一個(gè)工件建立了一個(gè)工件坐標(biāo)B，并在這個(gè)工件坐標(biāo)B中進(jìn)行軌跡編程。如果工作臺(tái)上還有一個(gè)相同的工件需要走相同的軌跡，那只需建立一個(gè)工件坐標(biāo)C，將工件坐標(biāo)B中的軌跡復(fù)制一份，再將工件坐標(biāo)從B更新為C，就無(wú)需對(duì)相同的工件進(jìn)行重復(fù)軌跡編程了。圖6-6工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系圖6-6中，如果在工件坐標(biāo)B中對(duì)A對(duì)象進(jìn)行了軌跡編程，當(dāng)工件坐標(biāo)位置變化成工件坐標(biāo)D后，只需在機(jī)器人系統(tǒng)重新定義工件坐標(biāo)D，則機(jī)器人的軌跡就自動(dòng)更新到C，不需要再次軌跡編程。因A相對(duì)于B，C相對(duì)于D的關(guān)系是一樣的，并沒(méi)有因?yàn)檎w偏移而發(fā)生變化。用戶坐標(biāo)系（UserCoordinateSystem），根據(jù)用戶對(duì)每個(gè)作業(yè)空間進(jìn)行自行定義的坐標(biāo)系以簡(jiǎn)化編程。如果沒(méi)有定義用戶坐標(biāo)系則由大地坐標(biāo)系來(lái)替代該坐標(biāo)系。06工件坐標(biāo)系的設(shè)定方法工件坐標(biāo)系的設(shè)定方法工件坐標(biāo)系設(shè)定時(shí)，通常采用三點(diǎn)法。用戶在對(duì)象表面位置或工件邊緣角位置上定義三個(gè)點(diǎn)位置就能夠創(chuàng)建一個(gè)工件坐標(biāo)系。其設(shè)定步驟為：手動(dòng)操縱機(jī)器人，在工件表面或邊緣角的位置找到一點(diǎn)X1；手動(dòng)操縱機(jī)器人，沿著工件表面或邊緣找到一點(diǎn)X2，X1和X2確定工件坐標(biāo)系的X軸的正方向，X1和X2距離越遠(yuǎn)，定義的坐標(biāo)系軸越精準(zhǔn)；手動(dòng)操縱機(jī)器人，在XY平面上且Y值為正的方向找到一點(diǎn)Y1，確定坐標(biāo)系的Y軸的正方向，通過(guò)Y1向直線X1-X2作垂線，垂足為原點(diǎn)。圖6-7工件坐標(biāo)系示意圖工件坐標(biāo)系的設(shè)定方法在對(duì)象的平面上，只需要定義三個(gè)點(diǎn)，就可以建立一個(gè)工件坐標(biāo)。其中X1點(diǎn)確定工件的原點(diǎn)，X1、X2確定工件坐標(biāo)X正方向，Y1確定工件坐標(biāo)Y正方向。圖6-8工件坐標(biāo)系數(shù)據(jù)顯示界面07工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1操作步驟示教器界面S1在主菜單界面中選擇“手動(dòng)操作”S2選擇“工具坐標(biāo)”工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1S3單擊“新建…”S1在主菜單界面中選擇“手動(dòng)操作”S2選擇“工具坐標(biāo)”工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1S6在定義方法中選擇“TCP和Z，X”，點(diǎn)數(shù)設(shè)定為4；S7選擇合適的手動(dòng)操縱模式，按下使能鍵（Enable），操作手柄靠近固定點(diǎn)，作為第一個(gè)點(diǎn)；單擊“修改位置”完成第一點(diǎn)的修改；工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1S8選擇合適的手動(dòng)操縱模式，按下使能鍵（Enable），操作手柄讓工具從另外一個(gè)方向靠近固定點(diǎn)，作為第二個(gè)點(diǎn)；單擊“修改位置”完成第二點(diǎn)的修改；S9選擇合適的手動(dòng)操縱模式，按下使能鍵（Enable），操作手柄讓工具從另外一個(gè)方向靠近固定點(diǎn)，作為第三個(gè)點(diǎn)；單擊“修改位置”完成第三點(diǎn)的修改；工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1S8選擇合適的手動(dòng)操縱模式，按下使能鍵（Enable），操作手柄讓工具從另外一個(gè)方向靠近固定點(diǎn)，作為第二個(gè)點(diǎn)；單擊“修改位置”完成第二點(diǎn)的修改；工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系1.6點(diǎn)法建立新工具數(shù)據(jù)tool1S11工具參考點(diǎn)以點(diǎn)4的姿態(tài)從固定點(diǎn)移動(dòng)到工具TCP的+X方向；單擊“修改位置”完成X軸方向的修改；S12工具參考點(diǎn)以點(diǎn)4的姿態(tài)從固定點(diǎn)移動(dòng)到工具TCP的+Z方向；單擊“修改位置”完成Z軸方向的修改；S13單擊“確定”。查看誤差，越小越好，但也要以實(shí)際驗(yàn)證效果為準(zhǔn)。工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟一：6點(diǎn)法建立新工具坐標(biāo)系2.工具的實(shí)際重量(MASS)的修改操作步驟示教器界面S1選中“tool1”，然后打開(kāi)編輯菜單選擇“更改值”；S2顯示更改值菜單，單擊箭頭向下翻頁(yè)，找到mass選項(xiàng)，雙擊修改值。S3將mass的值改為工具的實(shí)際重量（單位kg），點(diǎn)擊確定，完成修改。工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟二：工件坐標(biāo)系的設(shè)定用3點(diǎn)法設(shè)定工件坐標(biāo)Wobjdata的方法與工具坐標(biāo)系的設(shè)定方法類似，對(duì)比工具坐標(biāo)系的設(shè)定方法完成下面表格中的步驟。S1____________________________________________________________________；S2____________________________________________________________；S3____________________________________________________________________；工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系實(shí)操步驟二：工件坐標(biāo)系的設(shè)定用3點(diǎn)法設(shè)定工件坐標(biāo)Wobjdata的方法與工具坐標(biāo)系的設(shè)定方法類似，對(duì)比工具坐標(biāo)系的設(shè)定方法完成下面表格中的步驟。S4____________________________________________________________________；S5____________________________________________________________；S6_________________________________________