工业机器人技术及应用 课件 项目4 工业机器人的手动操作

项目4工业机器人的手动操作《工业机器人技术及应用》4.1构建工业机器人最小仿真系统工业机器人的手动操作4.1构建工业机器人最小仿真系统RobotStudio是ABB公司开发的工业机器人离线编程软件，RobotStudio以ABBVirtualController为基础，与机器人在实际生产中运行的软件完全一致。因此，通过RobotStudio可执行十分逼真的模拟，所用均为车间中实际使用的真实机器人程序和配置文件。其核心技术是VirtualRobot。从本质上讲，所有可以在实际工作台上进行的工作都可以在虚拟示教台（QuickTeach™）上完成，因而是一种非常出色的软件工具。图4-2RobotStudio启动界面4.1构建工业机器人最小仿真系统1.双击桌面快捷方式RobotStudio，打开RobotStudio软件，如图4-1-1所示。图4-1-1

RobotStudio启动界面4.1构建工业机器人最小仿真系统2.在打开的界面中，选择创建空工作站，创建后界面如图4-1-2所示。图4-1-2RobotStudio空工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统导入ABB工业机器人到工作站左键单击基本菜单栏中的ABB模型库，选中IRB120型工业机器人，在弹出的对话框选择确定后，ABBIRB120机器人就添加到工作站中。如图4-1-3所示。实际应用中可根据项目的需求选择工业机器人的型号。图4-1-3RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统4.加载工业机器人工具

选择“导入模型库”，“设备”“trainingobject”中的mytool，如图4-1-4所示。图4-1-4RobotStudio工作站

4.1构建工业机器人最小仿真系统加载后工具MyTool出现在布局及机器人基座处。如图4-1-5所示。图4-1-5RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统将MyTool安装到机器人手腕上，其操作方法为，在布局中的MyTool上按住鼠标左键，向上拖到“IRB120_3_58_01”后松开左键，弹出如图4-1-6所示对话框，单击“是”。工具MyTool安装到机器人上效果如图4-1-7所示。图4-1-6RobotStudio工作站图4-1-7

RobotStudio工作站

将MyTool安装到机器人手腕上，其操作方法也可采用，鼠标右键单击布局中的MyTool，选择“安装到”“IRB120_3_58_01”。4.1构建工业机器人最小仿真系统5.加载工业机器人工件选择“导入模型库”，“设备”“trainingobject”中的curvingthing，见图4-5，添加后工件，如图4-1-8所示。图4-1-8RobotStudio工作站工器人较远，显示工业机器人的工作区域操作方法为：鼠标右键单击布局中的“IRB120_3_58_01”，选择“显示机器人工区域”，其白色空间内为机器人可达区域，如图4-10所示。4.1构建工业机器人最小仿真系统

工件离机器人较远，显示工业机器人的工作区域操作方法为：鼠标右键单击布局中的“IRB120_3_58_01”，选择“显示机器人工作区域”，其白色空间内为机器人可达区域，如图4-1-9所示图4-1-9RobotStudio工作站件不在工业机器人的工作区域，需设置curvingthing的位置，其操作方法为：鼠标右键单击curvingthing，选择设定位置，如图4-11所示。在弹出的对话框中设置其合适位置，设定完毕后，单击应用，再单击关4.1构建工业机器人最小仿真系统

工件不在工业机器人的工作区域，需设置curvingthing的位置，其操作方法为：鼠标右键单击curvingthing，选择设定位置，如图4-1-10所示。在弹出的对话框中设置其合适位置，设定完毕后，单击应用，再单击关闭。图4-1-10RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统

注意：设定位置时，以大地坐标为参考坐标，坐标原点在机身底座的中心，xyz方向以图4-1-10箭头所指示。至此一个最小的工业机器人工作站模型建立完成，如图4-1-11所示图4-1-11RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统6.

创建控制系统在“基本”功能选项卡，单击“机器人系统”的“从布局”，如图4-1-12所示。图4-1-12RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统

设定好系统名称和位置，注意路径建议不要出现中文，选择RobotWare（如果安装有多个，选择对应的RobotWare版本），单击“下一个”，

如图4-1-13、图4-1-14所示。图4-1-13RobotStudio工作站图4-1-14RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统单击“选项”，如图4-1-15所示。图4-1-15RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统在弹出如图4-1-716所示-的对话框中，作以下修改：(1)更改默认语言：单击“DefaultLanguage”>去掉“English”前面的勾>勾选“Chinese”。图4-1-16RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统(2)选择现场总线及协议：单击“IndustrialNetworks”>勾选“709-1DeviceNetMaster/Slave”；单击“AnybusAdapters”>勾选“840-2PROFIBUSAnybusDevice”。修改完成后的概况如图4-1-17所示。图4-1-17RobotStudio工作站4.1构建工业机器人最小仿真系统

单击确定后，回到图4-1-15，单击完成。系统建立完成后，右下角控制器状态应为绿色。如图4-1-18所示。至此一个最小的工业机器人仿真系统建立完成。

图4-1-18RobotStudio工作站项目4工业机器人的手动操作——任务4.1构建工业机器人最小仿真系统谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目四手动操作工业机器人InsideIRC5（单柜）PowerON/OFFPowersupplyunitsOperator´spanelServiceportsUSB(option)EthernetComputerUltraCapDutyTimeCounterMotorsOncontactorsandinterfaceboard(leftinsidewall)ComputerunitPanelunit(safetyinterface)(rightinsidewall)Customer(I/O)spaceFlexPendantconnectionAxiscomputer(rightinsidewall)Driveunitsection230/120VserviceoutletManipulatorsignalinterfacePowerintakeCustomerconnectionsManipulatorconnections(behindoptionalcover)Options:示教器摇杆的操作技巧

操纵杆的使用技巧：我们可以将机器人的操纵杆比作汽车的油门，操纵杆的操纵幅度是与机器人的运动速度相关的。操纵幅度较小则机器人运动速度较慢。操纵幅度较大则机器人运动速度较快。所以大家在操作的时候，尽量以操纵小幅度使机器人慢慢运动，开始我们的手动操纵学习。24IRC5FlexPendant&R.S.OTheFlexPendantandRobotStudioOnlineworktogether【工作任务】任务1连续移动机器人任务2精确定点移动机器人任务4.1连续移动机器人任务4.1连续移动机器人

工业机器人的运动可以是连续的，也可以是步进的。既可以是单轴的运动，也可以是整体的协调运动。这些运动都可以通过示教器来控制实现。【知识准备】1．未经许可不能擅自进入机器人工作区域，机器人处于自动模式时，不允许进入其运动所及区域；

2．机器人运行中发生任何意外或运行不正常时，立即使用E-Stop键（急停按钮），使机器人停止运行；一、安全操作注意事项3．在编程、测试和检修时，必须将机器人置于手动模式，并使机器人以低速运行；4．调试人员进入机器人工作区时，需随身携带示教器，以防他人误操作；5．在不移动机器人及运行程序时，须及时释放使能器（EnableDevice）；6．突然停电后，要手动及时关闭机器人的主电源和气源，任何检修都要切断气源；7．严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意修改程序及参数；8．万一发生火灾，应使用二氧化碳灭火器灭火；9．机器人停机时，必须空机，夹具上不应有物；10．机器人气路系统中的压力可达0.6MPa，任何相关检修都必须切断气源。11．维修人员必须保管好机器人钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意翻阅和修改程序及参数。ABB机器人6个关节轴的示意图ABB机器人的手动操纵线性运动机器人的线性运动是指安装在机器人第六轴法兰盘上的工具在空间中作线性运动。

如果对使用操纵杆通过位移幅度来控制机器人运动的速度不熟练的话。那么可以使用“增量”模式，来控制机器人运动。在增量模式下，操纵杆每位移一次，机器人就移动一步。如果操纵杆持续一秒或数秒钟，机器人就会持续移动（速率为每秒10步）。ABB机器人的手动操纵重定位运动机器人的重定位运动是指机器人第六轴法兰盘上的工具TCP点在空间中绕着工具坐标系旋转的运动，也可理解为机器人绕着工具TCP点作姿态调整的运动。ABB机器人的转数计数器更新操作

ABB机器人六个关节轴都有一个机械原点的位置。在以下的情况，我们需要对机械原点的位置进行转数计数器更新操作：更换伺服电机转数计数器电池后。当转数计数器发生故障，修复后。转数计数器与测量板之间断开过以后。断电后，机器人关节轴发生了移动。当系统报警提示“10036转数计数器未更新”时。搬运用的工具数据的设定以图中的搬运薄板的真空吸盘夹具为例，重量是25kg，重心在默认tool0的Z正方向偏移250mm，TCP点设定在吸盘的接触面上，从默认tool0上的Z正方向偏移了300mm。更换SMB电池ABB机器人在关掉控制柜主电源后，六个轴的位置数据是由电池提供电力进行保存的，所以在电池即将耗尽之前，需要对其进行更换，否则，每次主电源断电后再次上电，就要进行机器人转数计数器更新的操作。1．机器人系统的启动在确认机器人工作范围内无人后，合上机器人控制柜上的电源主开关，系统自动检查硬件。检查完成后若没有发现故障，系统将在示教器显示如图所示的界面信息。正确开/关机的操作图ABB机器人启动界面2．机器人系统的关闭关闭机器人系统需要关闭控制柜上的主电源开关。当机器人关闭时，所有数字输出都将被置为0，这会影响到机器人的手爪和外围设备。在关闭机器人系统之前，首先要检查是否有人处于工作区域内，以及设备是否运行，以免发生意外。如果有程序正在运行或者手爪握有工件，则要先用示教器上的停止按钮使程序停止运行并使手爪释放工件，然后再关闭主电源开关。注意：关机后再次开启电源需要等2分钟。三、手动操纵机器人机器人系统启动后，在按下示教器上的使能键给机器人上电后，就可以摇动摇杆来控制机器人的运动。摇杆可以控制机器人分别在3个方向上运动，也可以控制机器人在3个方向上同时运动。机器人的运动速度与摇杆的偏转量成正比，偏转越大，机器人运动速度越快，但最高速度不会超过250mm/s。除在自动模式下，机器人各轴伺服没有上电或正在执行程序时不能手动操纵机器人之外，无论打开何种窗口，都可以用摇杆来操纵机器人。1．运动单元及运动模式对机器人进行手动操纵时，首先要明确选择运动单元以及运动方式。机器人系统可能不仅由机器人本体单独构成，它可能还包含有其他的机械单元，如外部轴（变位机等），也可以被选为运动单元进行单独操作。每个运动单元都有一个标志或名字，这个名字在系统设定时已经进行定义。ABB机器人具有线性运动、重定位运动和单轴运动3种运动方式。（1）线性运动大多数情况下，选择在从A点移动到B点时，机器人的运动轨迹为直线，所以称为直线运动，也称为线性运动。其特点是焊枪（或工件）姿态保持不变，只是位置改变。（2）重定位运动重定位运动方式是焊枪（或工件）姿态改变，而位置保持不变。在实际操作中，机器人的运动方式由选择的运动模式和坐标系决定。（3）单轴运动通过摇杆控制机器人单轴运动的步骤如下：1）将模式选择按钮放在手动模式，如图1-9所示。2）选择运动单元方法有两种。一是在ABB菜单下，按手动操纵，显示操作属性，按机械单元，出现可用的机械单元列表，如图2-2所示。若选择机器人，则摇杆控制机器人本体运动；若选择外部轴，摇杆控制外部轴运动，一个机器人最多可以控制6个外部轴。图2-2机器人系统机械单元列表第二种方法是使用快捷键来选择。按示教器右下角的，再按，也会出现如图2-2所示的选择列表，选择想要控制的运动单元即可。3)选择运动方式。选择线性移动，则摇杆方向窗口显示相应的操作轴，如1-3轴，4-6轴。机器人的轴如图2-3所示。图2-3机器人的轴2.手动移动机器人轻轻按住使能键，使机器人各轴上电，摇动摇杆使机器人的轴按不同方向移动。如果不按或者用力按下使能键，机器人不能上电，摇杆不起作用，机器人不能移动。方向属性并不显示操作单元实际运动的方向，操作时以轻微的摇动来辨别实际操作单元的运动方向。操作杆倾斜或旋转角度与机器人的运动速度成正比。为了安全起见，在手动模式下，机器人的移动速度要小于250mm/s。操作人员应面向机器人站立，机器人的移动方向如表2-1所示。表2-1机器人移动方向摇杆操作方向机器人移动方向操作方向为操作者前后方向沿X轴运动操作方向为操作者的左右方向沿Y轴运动操作方向为操纵杆正反旋转方向沿Z轴运动操作方向为操纵杆倾斜方向与摇杆倾斜方向相应的倾斜移动Classisover.

Bye-bye!任务4.2精确定点移动机器人55▲知识要求：掌握机器人各轴的运动规律；熟悉示教器结构及操作界面与按键功能。▲技能要求：能使用示教器操纵杆熟练控制机器人各轴的运动；能使用示教器快速找到并打开所需要选项。教学内容及要求任务2机器人的精确定点运动机器人的移动情况与操纵摇杆的方式有关，既可以实现连续移动，也可以实现步进移动。摇杆偏移1s，机器人持续步进10步。摇杆偏移1s以上时，机器人连续移动；摇杆偏移或偏转一次，机器人运动一步，称为步进运动。进行机器人需要准确定位到某点时常使用步进运动功能。实现步进移动的操作方法见表2-2。步进运动每次移动的幅度可以调节，见表2-3。一、机器人步进移动操作方法表2-2机器人步进移动操作方法操作步骤备注1进入ABB主菜单，显示操纵属性操作窗口如图2-5所示2按增量键3选择功能键，按OK键确认增量大小见表2-34间断摇动摇杆，机器人步进移动注意机器人的运动方向5改变增量或者自定义增量对比机器人的移动变化图2-5机器人移动增量选择表2-3机器人步进移动增量数值

增量

距离

角度小（small）0.05mm0.005°中(middle)1mm0.02°大(large)5mm0.2°用户自定义(user)0.50–10.0mm0.01°～0.20°

使用快捷键可以快速切换连续运动或步进运动，并设置增量大小。方法是按快捷键，显示如图2-6所示的，选择增量按钮，即可以选择所需要的增量大小。图2-6使用快捷键实现增量选择注意：

机器人运动的动量很大，运行过程中人进入机器人的工作区域是很危险的，为了确保安全，机器人系统一般都设置了急停按钮，分别位于示教器和控制柜上。无论在什么情况下，只要按下紧急停按钮，机器人就会停止运行。紧急停止之后，示教器的使能键将失去作用，必须手动恢复急停按钮才能使机器人重新恢复运行。手动恢复时需要注意以下两点：（1）恢复时必须确保机器人系统处于安全状态，所有危险因素必须排除；（2）所有压按式的急停开关都有一个闭锁装置，恢复时需要释放闭锁状态。一般情况下，转动按钮就可以恢复了，但有时需要将按钮拉出。机器人系统的坐标系包含World坐标系—绝对坐标系、Base坐标系—机座坐标系、Tool坐标系—工具坐标系及Wobj坐标系—工件坐标系等。其相互关系如图2-7所示。规定坐标系的目的在于对机器人进行轨迹规划和编程时，提供一种标准符号。工具坐标系的原点一般是在机器人第六轴面板的圆心。一、机器人坐标系【知识拓展】图2-7机器人坐标系的相互关系2、机器人坐标系的建立方法

对一个机器人来说，绝对坐标系和机座坐标系可以看做是一个坐标系；但对于由多个机器人组成的系统，绝对坐标系和机座坐标系是两个不同的坐标系。（1）．工件坐标系的建立建立工件坐标系的方法如下：主菜单→程序数据→工件坐标系（Wobjdata）→新建→名称→定义工件坐标系。定义工件坐标系有如下两种方法：①直接输入新的坐标值，即x、y、z值。②示教法。编辑→定义→第1点→第二、三点（要求三点不在同一条直线即可）。（2）．工具坐标系的建立主菜单→程序数据→工具坐标系（Tooldata）→新建→名称→定义工具坐标系。定义工具坐标系有如下两种方法：①直接输入新的坐标值，即x、y、z值，同时要输入或自行测量焊枪中心和转动惯量②示教法。TCP→编辑→定义→焊丝对准尖状工件顶尖→更换位置（共4次）→变换焊枪姿态（共4次）→确定。这种方法又称4点定位法，也要输入或自行测量焊枪中心和转动惯量。【思考与练习】1．简述机器人安全操作规程。2．手动操作机器人有几种运动模式？3．如何手动控制机器人运动？4．什么是机器人的精确定点运动？如何调节机器人步进运动幅度？5．机器人坐标系有哪几种？各在什么情况下选用？6．思考如何能运用机器人设立各种坐标系。Classisover.

Bye-bye!任务4.3工件坐标Wobj的建立71▲知识要求：掌握常用的机器人常用工件坐标的定义方法；。▲技能要求：会定义机器人的工件坐标。教学内容及要求工件坐标WOBJDATA的设定1

工件坐标系对应工件：它定义工件相对于大地坐标系（或其它坐标系）的位置。机器人可以拥有若干工件坐标系，或者表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干副本。对机器人进行编程时就是在工件坐标系中创建目标和路径。这带来很多优点：重新定位工作站中的工件时，您只需更改工件坐标系的位置，所有路径即刻随之更新。允许操作以外轴或传送导轨移动的工件，因为整个工件可连同其路径一起移动。73A是机器人的大地坐标，为了方便编程为第一个工件建立了一个工件坐标B，并在这个工件坐标B进行轨迹编程。如果台子上还有一个一样的工件需要走一样的轨迹，那你只需要建立一个工件坐标C，将工件坐标B中的轨迹复制一份，然后将工件坐标从B更新为C，则无需对一样的工件重复的轨迹编程了。工件坐标WOBJDATA的设定2在工件坐标B中对A对象进行了轨迹编程。如果工件坐标的位置变化成工件坐标D后，只需在机器人系统重新定义工件坐标D，则机器人的轨迹就自动更新到C了，不需要再次轨迹编程了。因A相对于B，C相对于D的关系是一样，并没有因为整体偏移而发生变化。机器人工件座标系机器人工件座标系是由工件原点与座标方位组成。机器人程序支持多个Wobj，可以根据当前工作状态进行变换。外部夹具被更换，重新定义Wobj后，可以不更改程序，直接运行。通过重新定义Wobj，可以简便的完成一个程序适合多台机器人。通过机器人寻找指令(Search)与Wobj联合使用，可以使机器人工作位置更柔性。工件坐标WOBJDATA的设定2

在对象的平面上，只需要定义三个点，就可以建立一个工件坐标。X1点确定工件坐标的原点X1---X2确定工件坐标X正方向。Y1确定工件坐标Y正方向。工件坐标符合右手定则有效载荷LOADDATA的设定对于搬运应用的机器人，应该正确设定夹具的重量、重心TOOLDATA以及搬运对象的重量和重心数据LOADDATA。夹具夹紧。指定当前搬运对象的重量和重心load1。夹具松开。将搬运对象清除为load0进入菜单界面

按ABB进入菜单界面进入菜单界面在菜单界面中,选择ProgramData进入工件座标系窗口在ProgramData中选择Wobjdata，进入工件坐标窗口增加工件座标系功能键New

新建一个工件坐标新建工件坐标系工件坐标系名称按住以编辑名称确认编辑新建工件坐标系的名称、范围和数据类型进入定义工件座标系窗口选择新建的工件坐标名称，在功能键上Edit,z再从弹出窗口中选择Define,就可以进入定义窗口定义工件座标系使用功能键ModifyPosition

记录机器人相应位置，最后用OK

键确认。February23,2024|Slide85任务4.3.2工具坐标TCP的建立87▲知识要求：掌握常用的机器人指令；掌握机器人程序的构成特点；掌握机器人的程序编写和编辑方法。▲技能要求：学会编辑程序，如程序的修改、复制、粘贴、删除等;能够实现程序的连续运行和单周运行。教学内容及要求88机器人坐标系什么是程序数据程序数据是在程序模块或系统模块中设定值和定义一些环境数据。创建的程序数据由同一个模块或其它模块中的指令进行引用。如图4-1所示，虚线框中是一条常用的机器人关节运动的指令（MoveJ)，并调用了4个程序数据。程序数据数据类型说明p10robtarget机器人运动目标位置数据v1000speeddata机器人运动速度数据z50zonedata机器人运动转弯数据tool0tooldata机器人工具数据TCP工具数据的原理与设定工具数据TOOLDATA是用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP，重量，重心等参数数据。执行程序时，机器人就是将TCP移至编程位置，程序中所描述的速度与位置就是TCP点在对应工件坐标中的速度与位置。所有机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为tool0。这样就能将一个或多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值。默认的TCP点默认的TCP点不同工具的TCP点机器人工具座标系机器人工具座标系是由工具中心点TCP与座标方位组成。机器人联动运行时，TCP是必需的。机器人程序支持多个TCP，可以根据当前工作状态进行变换。机器人工具被更换，重新定义TCP后，可以不更改程序，直接运行。可以通过工具座标系转换来定义机器人工作位置。TCP设定原理首先在机器人工作范围内找一个非常精确的固定点作为参考点。然后在工具上确定一个参考点（最好是工具的中心点TCP）。通过手动操纵机器人的方法，去移动工具上的参考点以最少四种不同的机器人姿态尽可能与固定点刚好碰上。（为了获得更准确的TCP，使用六点法进行操作，第四点是用工具的参考点垂直于固定点，第五点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的X方向移动，第六点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的Z方向移动。）机器人就可以通过这四个位置点的位置数据计算求得TCP的数据，然后TCP的数据就保存在TOOLDATA这个程序数据中被程序进行调用。February23,2024|Slide93TCP设定原理TCP取点数量的区别：4点法，不改变tool0的坐标方向5点法，改变tool0的Z方向6点法，改变tool0的X和Z方向（在焊接应用最为常用）前三个点的姿态相差尽量大些，这样有利于TCP精度的提高。TCP设定原理采用6点法其操作方法为:

第1、2、3点以工具参考点以不同的姿态靠近固定点，且三个点的位姿应尽可能相差大些，有利于精度的提高。第4点是工具的参考点垂直于固定点，第5点是工具的参考点从固定点向将要设定TCP的X负方向移动，第6点是工具参考点从固定点向将要设定TCP的Z负方向移动。95下面利用6点法介绍新建一个工具数据Mytool1的操作。

在“建模”功能选项卡，单击“固体”下拉菜单中的“圆锥体”。如图4-51所示。

在对话框内设置“基座中心点、直径、高度”后，点击创建，如图4-52所示。关闭后，创建的圆锥体显示在工作站，如图4-53所示。以圆锥体的顶点作为固定点。进入菜单界面

按ABB进入菜单界面进入菜单界面

在菜单界面中,选择ProgramData进入工具座标系窗口在ProgramData中选择tooldata，进入工具坐标系窗口增加工具座标系按住功能键New

新建一个Tooldata增加工具坐标系按住可修改名称名称进入定义工具座标系窗口选择新定义的ToolData后，在功能键上选择Edit，在弹出菜单中选择Define