工业机器人技术及应用第3章

工业机器人技术及应用—手动操纵工业机器人讲授：王兴工业机器人技术及应用第3章章节目录3.1机器人运动轴与坐标系3.1.1机器人运动轴的名称3.1.2机器人坐标系的种类3.2认识和使用示教器思考练习学习目标导入案例扩展与提高课堂认知3.3机器人安全操作规程3.3.1示教和手动机器人时3.3.2再现和生产运行时3.4手动移动机器人3.4.1移动方式返回3.4.2典型坐标系下的手动操作目录1/34本章小结工业机器人技术及应用第3章课前回顾所处位置————工业机器人主要由哪几部分组成？如何判别工业机器人的点位运动和连续路径运动？【课前回顾】返回目录2/34工业机器人技术及应用第3章学习目标所处位置————了解工业机器人的安全操能够熟练进行机器人坐标作规程【系和运动轴的选择学

熟悉示教器的按键及使用习能够使用示教器熟练操作功能目机器人实现点动和连续移标

掌握机器人运动轴与坐标】动系掌握手动移动机器人的流程和方法返回目录3/34认知目标能力目标工业机器人技术及应用第3章导入案例所处UniversalRobots公司推出革命性的新型工业机器人位置————UR5机器人自重很轻（仅18.4kg），可以方【便地在生产场地移动，而且不需要繁琐的安装与导入设置就可以迅速地融入到生产线中，与员工交互案例】合作。编程过程可通过教学编程模式实现，用户可以扶住UR机械臂，手动引导机械臂，按所需的路径及移动模式运行机械臂一次，UR机器人就能自动记住移动路径和模式。机器人通过一套独特的、友好的图形用户界面操作，在触摸屏幕上，有一系列范围广泛的功能让用户选择。任何重复性的生产过程，都能够使用它并从中受益。返回目录4/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.1机器人运动轴的名称所处位通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴，基座轴和置工装轴统称外部轴。————机器人轴【机器人操作机（本体）的轴，属课于机器人本身。堂认知】基座轴工装轴机器人轴和基座轴以外的轴，指机器人整体移动的轴，如行走轴使工装夹具翻转和回转的轴。（滑移平台或导轨）。返回机器人系统中个运动轴的定义目录5/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.1机器人运动轴的名称所处位A5轴5置A4————轴4A6A3轴3轴6【课堂认知】A2轴2A1轴1ABB机器人KUKA机器人典型机器人操作机各运动轴A1、A2和A3三轴（轴1、轴2和轴3）称为基本轴或主轴，用以保证末端执行器达到工作空间的任意位置。返回A4、A5和A6三轴（轴4、轴5和轴6）称为腕部轴或次轴，用以

目录实现末端执行器的任意空间姿态。6/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所目前，大部分商用工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、直角坐标系、处位工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。置————【关节坐标系课堂认知机器人坐工具坐标系】标系种类直角坐标系用户坐标系TCP为机器人系统控制点，出厂是默认位于最后一个运动轴或安装法兰的返回目录中心，安装工具后TCP点将发生改变。7/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所(1)关节坐标系在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。处对大范围运动，且不要求TCP姿态的，可选择关节坐标系。位置————轴名称轴类型动作说明动作图示ABBFANUCYASKAWAKUKA【本体课轴1S轴J1A1左右回转堂认知主轴大臂轴2L轴J2A2】（基本轴）上下运动小臂轴3U轴J3A3前后运动手腕轴4R轴J4A4回旋运动次轴手腕轴5B轴J5A5弯曲运动（腕部轴）返回手腕目录轴6T轴J6A6扭曲运动8/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所(2)直角坐标系（世界坐标系、大地坐标系）机器人示教与编程时经常使用处位的坐标系之一，原点定义在机器人安装面与第一转动轴的交点处，X轴向前，Z置————轴向上，Y轴按右手法则确定。【课堂认知】ZXY直角坐标系原点返回目录9/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所直角坐标系下的各轴动作处位轴动作轴动作置轴类型动作图示轴类型动作图示名称说明名称说明————【课沿X轴平X轴U轴绕Z轴旋转堂行移动认知】主轴次轴沿Y轴平Y轴V轴绕Y轴旋转（基本轴（腕部行移动）轴）绕末端工沿Z轴平行Z轴W轴具所指方移动向旋转返回目录10/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所(3)工具坐标系原点定义在TCP点，并且假定工具的有效方向为X轴（有些机器处位人厂商将工具的有效方向定义为Z轴），而Y轴、Z轴由右手法则确定。在进行相置————对于工件不改变工具姿态的平移操作时选用该坐标系最为适宜。【课堂认知】YXZ返回工具坐标系原点目录11/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类工具坐标系下的各轴动作所处轴动作轴动作位轴类型动作图示轴类型动作图示置名称说明名称说明————沿X轴平【X轴Rx轴绕X轴旋转课行移动堂认知】主轴次轴沿Y轴平Y轴Ry轴绕Y轴旋转（基（腕行移动本轴）部轴）沿Z轴平行Z轴Rz轴绕Z轴旋转移动返回目录12/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类所处(4)用户坐标系可根据需要定义用户坐标系。当机器人配备多个工作台时，选位择用户坐标系可使操作更为简单。在用户坐标系中，TCP点将沿用户自定义的坐置————标轴方向运动。【课堂Z认知】YX用户坐标系原点返回目录13/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系3.1.2机器人坐标系的种类用户坐标系下的各轴动作所处位轴动作轴动作置轴类型动作图示轴类型动作图示名称说明名称说明————【课沿X轴平X轴Rx轴绕X轴旋转堂行移动认知】主轴次轴沿Y轴平Y轴Ry轴绕Y轴旋转（基（腕行移动本轴）部轴）沿Z轴平行Z轴Rz轴绕Z轴旋转移动返回目录14/34工业机器人技术及应用第3章3.1机器人运动轴与坐标系不同的机器人坐标系功能等同，即机器人在关节坐标系下完成的动所处作，同样可在直角坐标系下实现。位提示

机器人在关节坐标系下的动作是单轴运动，而在直角坐标系下则是置————多轴联动。除关节坐标系以外，其他坐标系均可实现控制点不变动作（只改变工具姿态而不改变TCP位置）在进行机器人TCP标定时【经常用到。课堂认知】动作后动作中动作前动作前动作中动作后关节坐标系下的单轴运动直角坐标系下的多轴协调运动返回目录15/34工业机器人技术及应用第3章3.2认识和使用示教器所处位置————【课堂KUKAsmartPADABBFlexPendant认知】YASKAWADX100FANUCiPendant返回目录工业机器人行业四巨头的最新示教器产品16/34工业机器人技术及应用第3章3.2认识和使用示教器示教器主要由显示屏和各种操作按键组成，显示屏主要有4个显示区组成。所处位置

菜单显示区————显示操作屏主菜单和子菜单。

通用显示区在通用显示区，可对作业程序、特性文件、各种设定进行显【课示和编辑。堂认知状态显示区显示系统当前状态，如动作坐标系、机器人移动速度等。显】示的信息根据控制柜的模式（示教或再现）不同而改变。人机对话显示区在机器人示教或自动运行过程中，显示功能图标以及系统错误信息等。返回目录17/34工业机器人技术及应用第3章3.2认识和使用示教器示教器按键设置主要包括【急停键】、【安全开关】、【坐标选择键】、【轴操作键】/【Jog键】、【速度键】、【光标键】、【功能键】、【模式旋钮】所处等。位置序号按键名称按键功能————通过切断伺服电源立刻停止机器人和外部轴操作。急停键一旦按下，开关保持紧急停止状态；顺时针方向旋转解除紧急停止状态【1课。堂在操作时确保操作者的安全。认只有安全开关被按到适中位置，伺服电源才能，机器人方可动作。安全开关知2】一旦松开或按紧，切断伺服电源，机器人立即停止运动。手动操作时，机器人的动作坐标选择键。可在关节、直角、工具和用户等常见坐标系中选择。坐标选择键3此键每按一次，坐标系变化一次。对机器人各轴进行操作的键。只有按住轴操作键，机器人才可动作。轴操作键4可以按住两个或更多的键，操作多个轴。速度键手动操作时，用这些键来调整机器人的运动速度。5光标键使用这些键在屏幕上按一定的方向移动光标。6功能键使用这些键可根据屏幕显示执行指定的功能和操作。7返回选择机器人控制柜的模式（示教模式、再现/自动模式、远程/遥控模式等目录模式旋钮8）。18/34工业机器人技术及应用第3章3.3机器人安全操作规程3.3.1示教和手动机器人时所处位1）禁止用力摇晃机械臂及在机械臂上悬挂重物。置————2）示教时请勿戴手套。穿戴和使用规定的工作服、安全鞋、安全帽、保护用具等3）未经许可不能擅自进入机器人工作区域。调试人员进入机器人工作区域时，需【随身携带示教器，以防他人误操作。课堂4）示教前，需仔细确认示教器的安全保护装置是否能够正确工作，如【急停键】、认【安全开关】等。知】5）在手动操作机器人时要采用较低的倍率速度以增加对机器人的控制机会。6）在按下示教器上的【轴操作键】之前要考虑到机器人的运动趋势。7）要预先考虑好避让机器人的运动轨迹，并确认该路径不受干涉。8）在察觉到有危险时，立即按下【急停键】，停止机器人运转。返回目录19/34工业机器人技术及应用第3章3.3机器人安全操作规程3.3.2再现和生产运行时所处1）机器人处于自动模式时，严禁进入机器人本体动作范围内。位置————2）在运行作业程序前，须知道机器人根据所编程序将要执行的全部任务。3）使用由其他系统编制的作业程序时，要先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序。【课堂4）须知道所有会左右机器人移动的开关、传感器和控制信号的位置和状态。认知】5）必须知道机器人控制器和外围控制设备上的【急停键】的位置，准备在紧急情况下按下这些按钮。6）永远不要认为机器人没有移动，其程序就已经完成，此时机器人很可能是在等待让它继续移动的输入信号。返回目录20/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人3.4.1移动方式所处位(1)点动置————点动机器人就是点按/微动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。每点按或微动【轴操作键】一次机器人移动一段距离。点动机器人主要用在示教时离目标位置较近的场合。【课堂认知】返回目录点动机器人21/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人3.4.1移动方式所处位(2)连续移动置————连续移动机器人则是长按/拨动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。连续

移动机器人主要用在示教时离目标位置较远的场合。【课堂认知】返回连续移动机器人目录22/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人3.4.2典型坐标系下的手动操作所处(1)关节坐标系位置关键步骤：系统上电开机→A工位机器人手动示教→选择关节坐标系→移动————机器人到B工位/旋转回转机→B工位机器人手动示教。【课堂认知】工位B工位B工位A工位A双工位操作双工位+变位机操作

机器人外部轴的运动控制，只能在关节坐标系下进行。返回提示目录23/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人3.4.2典型坐标系下的手动操作所处(2)直角坐标系位置关键步骤：系统上电开机→选择关节坐标系→变换末端工具姿态至作业姿态→————选择直角坐标系→移动机器人至直线轨迹的开始点→选择直角坐标系的Y轴→移动机器人至直线轨迹的结束点。【课堂认运动轨迹知】zyx机器人直线运动轨迹返回目录24/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人3.4.2典型坐标系下的手动操作所处(3)工具坐标系位置关键步骤：……→选择直角坐标系→移动机器人到作业轨迹的结束点→选择工————具坐标系的X轴→移动机器人到一个安全位置。【课堂认动作后知动作前】末端工具规避动作若设定工具的有效方向为工具坐标系的Z轴，此时末端工具规避返回提示目录动作应选Z轴进行操作。25/34工业机器人技术及应用第3章3.4手动移动机器人手动移动机器人运动，其基本操作流程可归纳：示教前的准备和手动移动机器人所。需要注意的是，手动操作机器人移动时，机器人运动数据将不被保存。处位开始置————装夹工件依次顺序闭合电源设备开关示【打开机器人附属作业系统电源系统上电开机教课前堂打开机器人控制柜电源的认准登录系统备知（输入用户ID与口令）】选择“示教”模式轻握【安全开关】接通伺服电源手选择机器人动作模式动移设定机器人手动速度动手动操纵机器人机选择合适的机器人坐标系器人使用【轴操作键】选择运动轴移动机器人到目标位置返回结束目录手动移动机器人操作流程26/34点动/步进连续移动单轴运动多轴协调工业机器人技术及应用第3章机器人TCP（工具中心点）标定工具坐标系的准确度直接影响机器人的轨迹精度。默认工具坐标系的原点所处位于机器人安装法兰的中心，当接装不同的工具（如焊枪）时，工具需获得一位个用户定义的直角坐标系。置————【扩展与提高】b)TCP标定a)未TCP标定返回机器人工具坐标系的标定目录27/34工业机器人技术及应用第3章机器人TCP（工具中心点）标定所目前，机器人工具坐标系的标定方法主要有外部基准法和多点标定法。处位(1)外部基准标定法只需要使工具对准某一测定好的外部基准点，便可完成标定置————，标定过程快捷简便。但这类标定方法依赖于机器人外部基准。(2)多点标定法这类标定包含工具中心点（TCP）位置多点标定和工具坐标系（【TCF）姿态多点标定。TCP位置标定是使几个标定点TCP位置重合，从而计算出扩展TCP，如四点法；TCF姿态标定是使几个标定点之间具有特殊的方位关系，从而计与算出工具坐标系相对于末端关节坐标系的姿态，如五点法、六点法。提高TCP六点法操作步骤：】1）在机器人动作范围内找一个精确的固定点作为参考点。2）在工具上确定一个参考点（最好是工具中心点TCP）。3）移动工具参考点，以四种不同的工具姿态尽可能与固定点刚好碰上。4）机器人控制柜通过前4个点的位置数据即可计算出TCP的位置，通过后2个点即可确定TCP的姿态。5）根据实际情况设定工具的质量和重心位置数据。返回目录28/34工业机器人技术及应用第3章机器人TCP（工具中心点）标定所处位置————【a)位置点1b)位置点2c)位置点3扩展与提高zx】d)位置点4e)位置点5f)位置点6TCP标定过程TCP标定操作要以次轴（腕部轴）为主。在参考点附近要降低速度，以免相撞。TCP标定后，可通过在关节坐标系以外的坐标系中进行控提示返回目录制点不变动作检验标定效果。29/34工业机器人技术及应用第3章机器人TCP（工具中心点）标定如果使用搬运类的夹具，其TCP设定方法如下：所处位以搬运物料袋的夹紧爪为例，其结构对称，重心在默认工具坐标系的Z方向偏移置一定距离，可在设置页面直接手动输入偏移量数值、质量数据。————【TCP扩展与提高】夹紧爪TCP标定返回目录30/34工业机器人技术及应用第3章本章小结所处通常可将机器人运动轴分为本体轴和外部轴两类。位置本体轴属于机器人本身，外部轴包括基座轴和工装轴。————目前在大部分商用工业机器人系统中，存在四类可以使用的坐标系：关节坐标系、直角坐标系、工具坐标【本章系和用户坐标系。其中，关节坐标系和直角坐标系在机小结器人手动操作和作业示教中运用最多。】手动操纵工业机器人是通过手动操控示教器上的机器人运动轴按键将机器人在某一或某几个坐标系下移动到某个位置的方法。一般采用点动和连续移动两种方式来实现。点动机器人主要用在离目标位置较近的场合，而连续移动机器人则用在离目标位置较远的场合。返回目录31/34工业机器人技术及应用第3章思考练习1、填空所(1)一般来说，机器人运动轴按其功能可划分