智能制造生产线技术及应用 教案 4-3 机器人坐标系建立

XXXXX学院单元教学设计XXXX—XXX学年第X学期课程名称：授课班级：任课教师：所在系部及教研室：

本单元标题机器人坐标系建立教学目的让学生掌握不同坐标系建立方法，并熟练运用。教学目标能力（技能）目标知识目标（1）能根据实际需要正确建立工具坐标系并进行合理使用；（2）能根据实际需要正确建立用户坐标系并进行合理使用。（1）掌握工业机器人工具坐标系建立的步骤和方法；（2）掌握工业机器人用户坐标系建立的步骤和方法；（3）理解机器人两种坐标系的应用差异。重点难点及解决方法重难点：工业机器人坐标系建立方法解决方法：：理论讲解，通过多媒体等手段解读任务，视频教学，提示学生如何攻破讨论的问题。在学习过程中，紧密结合课程上机、实验或者实践环节加深对机器人坐标系建立的认识和理解。参考资料[1]汪励,陈小艳.工业机器人工作站系统集成[M].机械工业出版社,2014.[2]李志谦.精通FANUC机器人编程、维护与外围集成[M].机械工业出版社,2020[3]陈晓明,霍永红,项万明.工业机器人应用编程(FANUC)初级[M].机械工业出版社,2022.[4]王哲禄,何红军.工工业机器人应用编程与集成技术[M].机械工业出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC应用教程[M].机械工业出版社,2020.[6]乡碧云.自动化生产线组建与调试(第2版)—以亚龙YL-335B为例（三菱PLC版本）[M].机械工业出版社,2023.单元教学设计第一部分：复习上次课主要内容第二部分：新课导入及学习新内容（45min理论）【步骤一】新课导入引导问题根据上节所学工业机器人的不同坐标系，请分别说明四种坐标系各适用于哪种工况？请同学根据所学所识积极思考，踊跃发言【步骤二】新知识的讲授一、工业机器人工具坐标系建立机器人工具坐标系的建立主要通过多点标定法进行确定。多点标定法包括工具中心点（TCP）位置多点标定和工具坐标系（TCF）姿态多点标定。工具中心点（TCP）位置标定是使几个标定点位置重合，从而计算出TCP，如四点法；TCF姿态标定是使几个标定点之间有特殊的方位关系，从而计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。本节主要以三点法为例来介绍如何创建机器人工具坐标系。（一）用三点法创建工业机器人的工具坐标系三点法是把工具中心点从机器人的法兰中心移到了工具尖端，但坐标方向则与法兰坐标方向一致，不能改变；下面具体介绍三点法创建工具坐标系步骤。1、单击示教器上的[MENU]（菜单）键，选择“6设置→5坐标系”，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键，界面如图4-18所示。2、进人设置坐标系界面后进行选择坐标系选择。按下示教器上的[F3]（坐标）键，选择“工具坐标系”，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键，如图4-19所示。图中可以选择1-10号工具坐标系进行设定，本节选择1号工具坐标系设定。图4-18示教器坐标系进入界面图4-19示教器工具坐标系选择界面3、将光标移动到1号工具坐标系，按下[F2]（详细）键，进入1号工具坐标系设置界面。在界面中，可以获取编号、注释、坐标点等信息，如图4-20所示。将注释注为“TEST1”，方便区分理解。图4-20示教器工具坐标系详细信息界面图4-21示教器工具坐标系建立方法选择界面4、按下示教器上的[F2]（方法）键，可以进行工具坐标系建立方法的选择，此处选择三点法，如图4-21所示。5、进入三点法创建工具坐标系设置界面。需要设置3个接近点坐标，如图4-22所示。6、进行第一个接近点设置。选择合适的手动操纵模式，一般关节坐标系和世界坐标系配合使用。操纵工业机器人需要设置的TCP点移动到固定点，此处以方形端点处作为参考，如图4-23（a）所示。当点位固定后，光标选择示教器上的接近点1,按住[SHIFT]+[F5]（记录）键，记录接近点1坐标，如图4-23（b）所示。记录完成后会显示“已记录”。图4-22三点法设置界面（a）接近点1示教（b）设置界面记录图4-23接近点1设置方法7、选择合适的手动操纵模式，操纵工业机器人需要设置TCP的工具以另外一种姿态移动到固定点，如图4-24（a）所示。当点位固定后，光标选择示教器上的接近点2,按住[SHIFT]+[F5]（记录）键，记录接近点2坐标，如图4-24（b）所示。8、参考步骤6，采用同样的方法，更换机器人姿态，设置接近点3如图4-25所示。（二）工具坐标检验1、在工具坐标系界面中按下示教器[F5]（切换）键。界面会显示“输入坐标系编号”。在对应处输人需要检验的工具坐标系，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键即可，如图4-26（a）所示。2、将工业机器人的坐标系选定为工具坐标系，按下示教器上的[SHIFT]+[COORD]键，会出现图4-26（a）所示的界面，然后按下[F4]（工具）键，即将坐标系切换为1）中所选择的工具坐标系。（a）接近点2示教（b）设置界面记录图4-24接近点2设置方法（a）接近点3示教（b）设置界面记录图4-25接近点3设置方法（a）工具坐标系列表（b）坐标系切换图4-26工具坐标系调用3、操纵工业机器人，使TCP尽可能地靠近方块尖端参考点，然后按下使能开关和[SHIFT]+[J4]、[J5]、[J6]键，检验工业机器人的TCP是否准确。整个过程中，如果TCP设置准确的话，可以看到工具参考点与固定点始终保持接触，不发生偏移，而工业机器人只会改变姿态，即TCP点和方块尖端始终保持重合。注意：注意：工具坐标示教三点法实质：三点法实际不是指三个点，是机器人三个姿态变化后都能基本指向一个点。目的是在于告诉机器人系统，工具怎么变换姿态，其尖端工作点不变，从未把法兰中心点移到工具中心点或尖端。二、工业机器人用户坐标系建立用户坐标系是拥有特定附加属性的坐标系，它可以适应不同加工环境下进行快速示教定点，为编程带来方便。默认的用户坐标系User0和世界（WORLD）坐标系重合。下面以三点法为例进行介绍。（一）用三点法创建工业机器人用户坐标系机器人用户坐标系需要根绝实际的工作情况进行设定，从而方便使用者快速示教和编程。如图4-27所示，桌面倾斜，为了方便在桌表面进行示教，需要建立一个XY轴平面与桌面平行的用户坐标系，坐标系各轴方向如图所示。图4-27用户坐标系示意图三点法建立用户坐标系操作方法与上节共建坐标系建立方法类似，下面具体介绍三点法创建工具坐标系步骤。1、单击示教器上的[MENU]（菜单）键，选择“6设置→5坐标系”，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键，界面如上节图4-18所示。2、进入设置坐标系界面后进行选择坐标系选择。按下示教器上的[F3]（坐标）键，选择“用户坐标系”，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键，如图4-28所示。3、进入用户坐标系列表界面，其中可以选择1-9号用户坐标系进行设定，本节选择1号坐标系设定，如图4-29所示。图4-28示教器用户坐标系选择界面图4-29示教器用户坐标系列表界面4、将光标移动到1号用户坐标系，按下[F2]（详细）键，进入1号用户坐标系设置界面。在界面中，可以获取编号、注释、坐标点等信息，如图4-30所示。可以将注释注为“TEST2”，方便区分理解。5、按下示教器上的[F2]（方法）键，可以进行工具坐标系建立方法的选择，此处选择三点法。进入三点法创建工具坐标系设置界面，需要设置3个接近点坐标，如图4-31所示。6、将光标移到坐标原点，进行第一个坐标系原点设置。选择合适的手动操纵模式，一般关节坐标系和世界坐标系配合使用。操纵工业机器人TCP点移动到方形桌角处，同时保持夹具与桌面垂直，如图4-32（a）所示。当点位固定后，光标选择示教器界面上的坐标原点,按住[SHIFT]+[F5]（记录）键，记录原点坐标，如图4-32（b）所示。记录完成后会显示“已记录”。图4-301号用户坐标系详细信息界面图4-31三点法设置用户坐标系界面7、选择合适的手动操纵模式，操纵工业机器人沿着桌面边缘移动，如图4-33（a）所示。移动过程中，采用世界坐标系进行移动，从而可以更好地保证工具与桌面的垂直关系。当点位固定后，光标选择示教器上的Y方向点,按住[SHIFT]+[F5]（记录）键，记录Y方向点坐标，如图4-33（b）所示。记录完成后会显示“已记录”。8、选择合适的手动操纵模式，操纵工业机器人沿着桌面边缘移动，如图4-34（a）所示。过程中，可先将光标移动到坐标原点，按住[SHIFT]+[F4]（移至）键，机器人会移动到原先设置的坐标原点位置，再选择世界坐标系，将机器人进行平移，平移过程中机器人始终保持原有与桌面的姿态关系。当点位到达后，光标选择示教器上的X方向点,按住[SHIFT]+[F5]（记录）键，记录X方向点坐标，如图4-34（b）所示。记录完成后会显示“已记录”。（a）机器人位置姿态（b）坐标点记录界面图4-32用户坐标系原点设置方法（a）机器人位置姿态（b）坐标点记录界面图4-33用户坐标系Y方向点设置方法（二）用户坐标系检验1、在用户坐标系界面中按下示教器[F5]（切换）键，输入需要检验的用户坐标系，然后按下示教器上的[ENTER]（确定）键即可，如图4-35（a）所示。2、将工业机器人的坐标系选定为用户坐标系。按下示教器上的[SHIFT]+[COORD]键，出现图4-35(b)所示的界面。然后按下[F5]（用户）键即可。3、操纵工业机器人沿X、Y、Z方向运动，检查用户坐标系的方向设定是否有偏差，即是否沿着桌面边线移动。若偏差不符合要求，重复以上设定的所有步骤。（a）机器人位置姿态（b）坐标点记录界面图4-34用户坐标系X方向点设置方法（a）用户坐标系列表（b）坐标系切换图4-35用户坐标系调用【步骤二】任务实施