工业机器人技术及应用第3章课件.ppt-淘文阁

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1、工业机器人技术及应用手动操纵工业机器人讲授：王兴章节目录 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 学习目标

2、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 认知目标认知目标能力目标能力目标导入案例所处 Universal Robots 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 18.4 kg ），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

3、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 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

4、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 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 轴轴 5 置 A4 轴轴 4 A6 A3 轴轴 3 轴轴 6 【课堂认知】 A2 轴轴 2 A1 轴轴 1 ABB 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

5、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 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 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

6、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 ABB FANUC YASKAWA KUKA 【本体课轴 1 S 轴 J1 A1 左右回转堂认知主轴大臂轴 2 L 轴 J2 A2 】（基本轴）上下运动小臂轴 3 U 轴 J3 A3 前后运动手腕轴 4 R 轴 J4 A4 回旋运动次轴手腕轴 5 B 轴 J5 A5 弯曲运动（腕部轴）返回手腕目录轴 6 T 轴 J6 A6 扭曲运动 8/34 3.1 机器人运动轴与坐标系 3.1.2

7、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，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，轴向前， Z 置轴向上， Y 轴按右手法则确定。【课堂认知】 Z X Y 直角坐标系原点返回目录 9/34 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

8、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 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】 Y X Z 返回工具坐标系原点目录 11/34 3.

9、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 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

10、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】 Y X 用户坐标系原点返回目录 13/34 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

11、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 3.2 认识和使用示教器所处位置【课堂 KUKA smartPAD ABB FlexPen

12、dant 认知】 YASKAWA DX100 FANUC iPendant 返回目录工业机器人行业四巨头的最新示教器产品 16/34 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

13、等。返回目录 17/34 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

14、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 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

15、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

16、回目录 19/34 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。

17、返回目录 20/34 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 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 3

18、.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】工位工位 B 工位工位 B 工位工位 A 工位工位 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 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

19、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】 z y x 机器人直线运动轨迹返回目录 24/34 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 3.4 手动移动机

20、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

21、器人操作流程 26/34 点动/步进连续移动单轴运动多轴协调机器人 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 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

22、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

23、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 机器人 TCP （工具中心点）标定所处位置【 a) 位置点 1 b) 位置点 2 c) 位置点 3 扩展与提高 z x 】 d) 位置点 4 e) 位置点 5 f) 位置点 6 TCP 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。 2

24、9/34 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 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

25、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 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为 _ 、 _ 和工装轴，处位 _ 和工装轴统称 _ 。置 (2) 在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时选用 _ 坐标系最为适宜 (3) 当机器人到达离目标作业位置较近位置时，尽量采用 _ 操作

26、模式【完成精确定位。思考练 2 、选择习】 (1) 工业机器人常见的坐标系有（）。关节坐标系；直角坐标系；工具坐标系；用户坐标系 A. B. C. D. (2) 示教器显示屏多为彩色触摸显示屏，能够显示图像、数字、字母和符号，并提供一系列图标来定义屏幕上的各种功能，可将屏幕显示区划分为（）。菜单显示区；通用显示区；人机对话显示区；状态显示区 A. B. C. D. 返回目录 32/34 思考练习 3 、判断所处位 (1) 在直角坐标系下，机器人各轴可实现单独正向或反向运动。（）置 (2) 机器人在关节坐标系下完成的动作，无法在直角坐标系下实现。（） (3)

27、当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时，需要在安全围栏外配备安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。（）【 (4) 示教时，为爱护示教器，最好戴上手套。（）思考 (5) 手动操作移动机器人时，机器人运动数据将不被保存。（）练习 4 、综合应用】使用示教器按下图所示路径（ ABCDEFA ）移动机器人，简述其操作过程，并填写表 3-6 （请在相应选项下打 “ ” ）。返回目录 33/34 思考练习所手动移动机器人要领处位移动方式机器人坐标系置位置点动连续移动关节直角工具用户 A B 【思考 B C 练习】 C D D E E F 题 4 图 F A 返回目录 34/34 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。

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