《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課件-9.1 工具坐標(biāo)系

項(xiàng)目九、現(xiàn)場(chǎng)編程所需重要參數(shù)的管理【項(xiàng)目描述】在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程之前，需要設(shè)置一些重要的參數(shù)數(shù)據(jù)，為機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建出必要的編程環(huán)境。其中工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系和有效載荷數(shù)據(jù)就是需要進(jìn)行定義的重要參數(shù)數(shù)據(jù)。

一般完成不同應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)配置不同的機(jī)器人工具。新工具的物理屬性如質(zhì)量、框架、方向等參數(shù)，都必須要在工具使用前定義好。ABB工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)創(chuàng)建后將保存在一個(gè)多維的程序數(shù)據(jù)變量tooldata中。為了便捷地標(biāo)定機(jī)器人的操作對(duì)象工件在空間中的位置，而引

【項(xiàng)目描述】入了工件坐標(biāo)系。ABB工業(yè)機(jī)器人允許用戶設(shè)置多個(gè)工件坐標(biāo)系用于表示同一工件的位移量或不同的工件。每一個(gè)工件坐標(biāo)數(shù)據(jù)創(chuàng)建后將保存在一個(gè)多維的程序數(shù)據(jù)變量Wobjdata中。

對(duì)于進(jìn)行搬運(yùn)、碼垛、裝配等對(duì)負(fù)重載荷有較高要求的工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，除了要正確設(shè)置機(jī)器人夾具的質(zhì)量、重心等參數(shù)外，還需要設(shè)置搬運(yùn)對(duì)象的質(zhì)量和重心數(shù)據(jù)loaddata。本項(xiàng)目將從機(jī)器人的日常使用與維護(hù)角度出發(fā)，學(xué)習(xí)如何建立并管理以上三種工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程所需要使用的重要參數(shù)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】

1、知識(shí)目標(biāo)：了解工具坐標(biāo)系的功能和設(shè)定原理；掌握創(chuàng)建工具坐標(biāo)系的操作步驟；2、素養(yǎng)目標(biāo)：具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；具有高度責(zé)任心和良好的團(tuán)隊(duì)合作能力；培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)和一定的創(chuàng)新意識(shí)；養(yǎng)成“認(rèn)真負(fù)責(zé)、精檢細(xì)修、文明生產(chǎn)、安全生產(chǎn)”等良好的職業(yè)道德。9.1工具坐標(biāo)系一般完成不同應(yīng)用的機(jī)器人應(yīng)配置不同的工具。如弧焊機(jī)器人使用的焊槍、搬運(yùn)機(jī)器人使用的吸盤或夾爪、噴涂機(jī)器人的噴槍等。如圖9-1所示，這些工具都千差萬(wàn)別。一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介圖9-1不同的機(jī)器人工具舉例新機(jī)器人工具的物理屬性，如質(zhì)量、框架、方向等參數(shù)，都必須要在工具使用前定義好，這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建后將保存在一個(gè)多維的程序數(shù)據(jù)變量tooldata中。

工具數(shù)據(jù)tooldata是用于描述安裝在機(jī)器人第六軸上的工具坐標(biāo)TCP（工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)被稱為TCP-ToolCenterPoint，即工具中心點(diǎn)）、質(zhì)量、重心等參數(shù)數(shù)據(jù)。一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介1、工具坐標(biāo)系的功能：ABB工業(yè)機(jī)器人出廠時(shí)有一個(gè)默認(rèn)工具tool0。其中心心點(diǎn)（簡(jiǎn)稱TCP點(diǎn)）位于機(jī)器人法蘭盤的中心，如圖9-2所示的法蘭盤中心點(diǎn)A。

一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介圖9-2默認(rèn)的工具TCP點(diǎn)A當(dāng)使用tool0作為機(jī)器人工具參數(shù)運(yùn)行程序時(shí)，工業(yè)機(jī)器人只會(huì)將法蘭盤中心點(diǎn)A移至目標(biāo)點(diǎn)位置。所以在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要根據(jù)工具的形狀重新定義一個(gè)適合的工具坐標(biāo)系（TCPF）和工具中心點(diǎn)（TCP）。在默認(rèn)條件下將生成一個(gè)名為tool1的工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)，該工具的TCP實(shí)質(zhì)是法蘭盤中心點(diǎn)A的偏移量。此時(shí)運(yùn)行程序，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)把工具tool1的TCP移至目標(biāo)點(diǎn)位置。一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介如圖9-3所示，當(dāng)新的機(jī)器人工具坐標(biāo)系創(chuàng)建后，無(wú)論機(jī)器人的手臂姿勢(shì)如何變化，工具坐標(biāo)系都以工具的有效方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，與機(jī)器人的位置、姿勢(shì)無(wú)關(guān)。一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介圖9-3工具坐標(biāo)系示意圖2、工具坐標(biāo)系的設(shè)定原理：ABB工業(yè)機(jī)器人只需通過(guò)設(shè)置TCP就可以自動(dòng)生成新的TCPF。TCP的設(shè)定原理如下：

（1）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)；

（2）然后在工具上確定一個(gè)參考點(diǎn)（最好是工具的中心點(diǎn)）；（3）用手動(dòng)操縱機(jī)器人的方法，去移動(dòng)工具上的參考點(diǎn)，以四種以上不同的機(jī)器人姿態(tài)盡可能與固定點(diǎn)剛好碰

一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介

上。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，如圖9-4所示。

（4）機(jī)器人通過(guò)記錄同一目標(biāo)

點(diǎn)上四種姿態(tài)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)

用tooldata格式保存到tool1（默

認(rèn)tool1至tooln）中，供程序調(diào)用。一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介圖9-4TCP設(shè)定原理

說(shuō)明：為了獲得更準(zhǔn)確地工具TCP，還可以使用六點(diǎn)法進(jìn)行TCP設(shè)置操作。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TCP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TCP的Z方向移動(dòng)。3、TCP取點(diǎn)數(shù)量的區(qū)別：

（1）4點(diǎn)法：不改變tool0的坐標(biāo)方向；

（2）5點(diǎn)法：改變tool0的Z軸方向；（3）6點(diǎn)法：改變tool0的X軸和Z軸方向（在焊接應(yīng)用中最為常見(jiàn)）。

一、工具坐標(biāo)系簡(jiǎn)介

以典型的焊槍工具為背景，創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)系，其操作步驟如下：1、新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1：

（1）在示教器的主功能菜單中單擊“手動(dòng)操縱”按鈕；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-5新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1（1）1、新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1：

（2）進(jìn)入手動(dòng)操縱操縱界面中，在屬性設(shè)置中單擊工具坐標(biāo)中的“tool0…”；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-5新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1（2）1、新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1：

（3）進(jìn)入系統(tǒng)工具坐標(biāo)顯示列表，此處為系統(tǒng)默認(rèn)tool0，創(chuàng)建新工具坐標(biāo)系單擊“新建…”；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-5新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1（3）1、新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1：

（4）對(duì)工具數(shù)據(jù)tool1進(jìn)行屬性設(shè)置后，單擊“確定”后，工具申明屬性參數(shù)見(jiàn)表9-1；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-5新建工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)tool1（4）2、工具聲明屬性參數(shù)設(shè)置：

數(shù)據(jù)類型tooldata屬性聲明設(shè)置，該界面可設(shè)置的基本屬性有名稱、范圍、存儲(chǔ)類型、任務(wù)、模塊、例行程序歸屬等信息，也可設(shè)置tooldata的初始值。

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系表9-1工具聲明屬性參數(shù)屬性操作步驟說(shuō)明工具名稱點(diǎn)擊名稱旁邊的“…”按鈕工具將自動(dòng)命名為tool后跟順序號(hào)，例如tool2或tool8。建議將其更改為更加具體的名稱，例如：焊槍、夾具或焊機(jī)。范圍從菜單中選擇需要的范圍工具應(yīng)該始終保持全局狀態(tài)，以便用于程序中的所有模塊。存儲(chǔ)類型變量、可變量、常量工具變量必須始終是持久變量。模塊、例行程序從菜單中選擇申明該工具的歸屬3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（1）工具tool1創(chuàng)建好后，需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行定義設(shè)置，選中剛新建的工具tool1，展開(kāi)“編輯”菜單，單擊“定義”；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（1）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（2）在定義界面中，選擇適合的校正方式，這里展開(kāi)6點(diǎn)法定義，既4點(diǎn)不同姿態(tài)的TCP，1點(diǎn)+X方向和1點(diǎn)+Z方向，單擊“方法”下拉框；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（2）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（3）選擇合適的手動(dòng)操縱模式，如下圖所示操縱機(jī)器人的工具TCP盡可能靠近固定點(diǎn)（圓錐體頂端）；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（3）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（4）單擊“修改位置”完成第1點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（4）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（5）如下圖所示操縱機(jī)器人的工具TCP以第二種姿態(tài)盡可能靠近固定點(diǎn)；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（5）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（6）單擊“修改位置”完成第2點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（6）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（7）如下圖所示操縱機(jī)器人的工具TCP以第三種姿態(tài)盡可能靠近固定點(diǎn)；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（7）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（8）單擊“修改位置”完成第3點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（8）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（9）操縱機(jī)器人的工具TCP以此垂直姿態(tài)盡可能靠近固定點(diǎn)，這是四個(gè)點(diǎn)；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（9）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（10）單擊“修改位置”完成第4點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（10）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（11）操縱機(jī)器人的工具TCP以第四種姿態(tài)基礎(chǔ)上從固定點(diǎn)移動(dòng)到基坐標(biāo)的+X方向（此點(diǎn)決定工具坐標(biāo)X軸的正方向）；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（11）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（12）單擊“修改位置”，將X軸正方向的延伸點(diǎn)做第5點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（12）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（13）操縱機(jī)器人的工具TCP以第四種姿態(tài)基礎(chǔ)上從固定點(diǎn)移動(dòng)到工具TCP的+Z方向；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（13）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（14）單擊“修改位置”，將Z軸正方向的延伸點(diǎn)做第6點(diǎn)位姿數(shù)據(jù)的保存；

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（14）3、六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系：

（15）單擊“確定”完成設(shè)定。

二、創(chuàng)建工具坐標(biāo)系圖9-6六點(diǎn)法定義工具坐標(biāo)系（15）1、定義誤差的確認(rèn)：

定義后計(jì)算結(jié)果將顯示并需要用戶確認(rèn)生效，為了得到更好的結(jié)果，也可以選擇恢復(fù)框架定義，誤差結(jié)果是否接受取決于使用的工具及機(jī)器人類型等因素，需要用戶確認(rèn)的較關(guān)鍵參數(shù)有以下以個(gè)：MaxError（最大誤差）：是所有接近點(diǎn)的最大誤差。MinError（最小誤差）：是所有接近點(diǎn)的最小誤差。MeanError（平均誤差）：是計(jì)算TCP所得到的接近點(diǎn)的平均距離。三、工具坐標(biāo)系的管理1、定義誤差的確認(rèn)：

若工具坐標(biāo)系定義誤差符合應(yīng)用要求，單擊“確定”。三、工具坐標(biāo)系的管理圖9-7定義誤差的確認(rèn)2、編輯工具坐標(biāo)系：

（1）

工具坐標(biāo)系創(chuàng)建后可以進(jìn)行再編輯及屬性修改，常見(jiàn)的編輯方式有更改值、更改申明、復(fù)制、刪除和重定義操作等其詳細(xì)操作說(shuō)明見(jiàn)表9-2。

三、工具坐標(biāo)系的管理表9-2編輯工具坐標(biāo)系的操作說(shuō)明操作用途更改值…tooldata初始化進(jìn)行設(shè)置，包括質(zhì)量、重心等固有屬性。更改申明…更改創(chuàng)建tooldata存儲(chǔ)類型、作用范圍等程序數(shù)據(jù)屬性。復(fù)制生成第二個(gè)工具坐標(biāo)系。刪除不可恢復(fù)性操作，謹(jǐn)慎操作。定義…對(duì)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行重新定義。2、編輯工具坐標(biāo)系：

（2）操作方法：在系統(tǒng)工具坐標(biāo)列表中，選中需要編輯的工具坐標(biāo)，單擊“編輯”按鈕展開(kāi)后，選擇所需的操作。

三、工具坐標(biāo)系的管理圖9-8編輯工具坐標(biāo)系的操作步驟3、設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移參數(shù)：工具的質(zhì)量和重心偏移值是工具的固有屬性，新建的工具坐標(biāo)系都必須正確設(shè)置，否則程序運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；需要注意的是，質(zhì)量數(shù)據(jù)默認(rèn)為-1，用默認(rèn)值運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，其操作步驟如下：

（1）在系統(tǒng)工具坐標(biāo)列表中，選中需要編輯的工具坐標(biāo)，單出“編輯”展開(kāi)后，選擇“更改值…”，如圖9-9所示；

三、工具坐標(biāo)系的管理3、設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移參數(shù)：

三、工具坐標(biāo)系的管理圖9-9設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移（1）3、設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移參數(shù)：（2）單擊下翻按鈕▽，使編輯值進(jìn)入mass質(zhì)量設(shè)置位置；

三、工具坐標(biāo)系的管理圖9-9設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移（2）3、設(shè)置工具的質(zhì)量與重心偏移參數(shù)：（3）單擊ma