工业机器人现场编程 课件 任务3.1管理工具坐标系

沈阳职业技术学院任务3.1管理工具坐标系任务描述工具坐标系是工业机器人中用于描述机器人末端执行器位置和姿态的重要坐标系。通过为不同的工具建立不同的工具坐标系，并标定这些坐标系，可以方便操作者灵活地调整机器人末端执行机构的姿态，更加精确地控制机器人的运动轨迹。机械手在出厂时都有一个默认的工具坐标系tool0，位置在法兰中心，但机械手实际运动中往往会在法兰中心安装吸盘、焊枪、气缸等工具。此时若机械手运动中心依然在法兰中心，会造成很大的不便。因此根据实际情况去示教需要的工具坐标系就显得必要。本任务旨在详细介绍管理工具坐标系的过程，包括工具坐标系的定义、操作、标定及注意事项。通过规范的操作和正确的标定方法，确保工业机器人在执行各类作业时能够准确使用工具坐标系，从而提高生产效率和作业精度。任务内容1234了解工具数据tooldataTCP的设置原理弧焊机器人TCP设置方法搬运机器人TCP设置方法1了解工具数据tooldata了解工具数据tooldata

工具数据tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数。tooldata会影响机器人的控制算法、速度与加速度监控、转矩监控、碰撞监控和能量监控等，因此机器人的工具数据需要正确设置。

工业机器人是通过在末端安装不同的工具完成各种作业任务的，一般不同的机器人应用配置不同的工具，例如弧焊机器人使用弧焊枪作为工具，而用于搬运板材的机器人就会使用吸盘式的夹具作为工具，每一种工具所对应的工具数据tooldata都各不相同。2TCP的设置原理TCP的设置原理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。默认工具（tool0）的工具中心点位于机器人安装法兰的中心，图3-1中标注的点就是原始的TCP点。当执行程序时，机器人将TCP移至编程位置，这意味着，如果要更改工具及工具坐标系，机器人的移动将随之更改，以便新的TCP到达目标，如图3-2所示。TCP的设置原理工具坐标系的设置包括N（N≥3）点法（又称为TCP法）、TCP和Z法、CP和Z、X法。表3-1是三种工具坐标系定义对比具体说明。坐标系定义方法原点坐标系方向主要场合N（N≥3）点法（默认方向）变化不变工具坐标方向与tool0方向一致TCP和Z法变化Z轴方向改变需要工具坐标Z轴方向与tool0的Z轴方向不一致时使用TCP和Z、X法变化Z轴和X轴方向改变工具坐标方向需要更改Z轴和X轴方向时使用TCP的设置原理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，同时在工具上确定一个参考点（最好是工具的中心点）。用上一项目中介绍的手动操纵机器人的方法去移动工具上的参考点，以N种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点靠近。机器人通过不同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。TCP取点数量的区别如下：1）N（N≥3）点法。不改变tool0的坐标方向，机器人通过N种不同的姿态同参考点接触，得出多组解，通过计算得出当TCP与机器人安装法兰中心点（tool0）的相应位置，在获取N个点的姿态位置时，其姿态位置相差越大，最终获取的TCP精度越高。2）TCP和Z法。在N点法基础上，通过Z点与参考点连线以改变tool0的Z方向。3）TCP和Z、X法。同样是在N点法基础上，通过X点与参考点连线以改变tool0的X方向，Z点与参考点连线以改变tool0的Z方向。这种标定方法精度最高，因此，在焊接应用最为常用。3弧焊机器人TCP设置方法弧焊机器人TCP设置方法1）在ABB菜单中选择“手动操纵”，如图3-3所示。2）在手动操作界面内选择“工具坐标”，如图3-4所示。图3-3打开“手动操纵”图3-4选择“工具坐标”弧焊机器人TCP设置方法3）单击左下角“新建”，如图3-5所示。4）对工具数据声明进行设置后，单击“确定”，如图3-6所示。图3-5新建工具坐标图3-6设置属性弧焊机器人TCP设置方法5）选中新建的tool1后，点击“编辑”菜单中的“定义”选项，如图3-7所示。6）选择“TCP和Z，X”，使用TCP和Z、X法，基础点数N=4来设置TCP，如图3-8所示。图3-7定义工具坐标

图3-8选择“TCP和Z，X”弧焊机器人TCP设置方法7）通过示教器选择合适的手动操纵模式，按下使能键，操作操纵杆使工业机器人的工具参考点靠上固定点，将图3-9所示的机器人姿态作为第一个点。选择“点1”，点击“修改位置”，将点1位置记录为当前点位置，如图3-10所示。图3-9第一个姿态点

图3-10记录点1数据弧焊机器人TCP设置方法8）改变工具参考点姿态，靠近固定点，如图3-11所示，工具点位置确定好后，切换到工具坐标定义界面，点击“修改位置”，将“点2”位置记录下来，如图3-12所示。图3-11第二个姿态点

图3-12记录点2数据弧焊机器人TCP设置方法9）工具参考点变换姿态靠上固定点，如图3-13所示，再次切换到工具坐标定义界面，点击“修改位置”，将“点3”位置记录下来，如图3-14所示。图3-13第三个姿态点

图3-14记录点3数据弧焊机器人TCP设置方法10）调整机器人以图3-15的垂直姿态靠近固定点，将此工具点位置作为第四个点，切换到工具坐标定义界面，选择“点4”，点击“修改位置”，将点4位置记录为当前点位置，如图3-16所示。图3-15第四个姿态点

图3-16记录点4数据弧焊机器人TCP设置方法11）操控机器人使工具参考点以点4的姿态从固定点移动到工具TCP的+X方向，如图3-17所示，以此姿态作为“延伸器点X”，点击“修改位置”完成修改，如图3-18所示。图3-17X正向移动姿态点

图3-18记录延伸器点X数据弧焊机器人TCP设置方法12）继续操控机器人使工具参考点再次以点4的姿态从固定点移动到工具TCP的+Z方向，如图3-19所示，以此姿态作为“延伸器点Z”，点击“修改位置”完成修改，再点击“确定”完成设置，如图3-20所示。图3-19Z正向移动姿态点图3-20记录延伸器点Z数据弧焊机器人TCP设置方法13）弹出误差确认界面，数值越小越好，但也要以实际验证效果为准，如图3-21所示。14）回到上一级菜单，再次选中tool1，然后打开编辑菜单选择“更改值”，如图3-22所示。图3-21确认误差值

图3-22选择“更改值”弧焊机器人TCP设置方法15）弹出工具坐标数据编辑界面，如图3-23所示。16）根据实际情况设置工具的质量mass，单位为kg，如图3-24所示。图3-23工具坐标数据编辑界面图3-24设置工具的质量mass弧焊机器人TCP设置方法17）根据选用工具的实际情况进行重心位置数据的设置，在图3-25界面中，输入数据，单位为mm，然后点击“确定”，如图3-26所示。图3-25输入重心位置数据图3-26设置完成弧焊机器人TCP设置方法18）选中tool1，点击“确定”，如图3-27所示。19）动作模式选定为“重定位”，坐标系统选定为“工具”，工具坐标选定为“tool1”，如图3-28所示。

图3-27选择新建工具坐标图3-28选择重定位运动模式弧焊机器人TCP设置方法20）使用操纵杆将工具参考点靠上固定点，然后在“重定位”模式下手动操纵机器人。如果TCP设置精确，可以看到工具参考点与固定点始终保持接触，而工业机器人工具会根据“重定位”操作改变姿态，如图3-29所示。图3-29验证新建工具坐标4搬运机器人TCP设置方法搬运机器人TCP设置方法以搬运薄板的真空吸盘夹具为例，质量是10kg，重心在默认tool0的X正方向偏移40mm，Z的正方向偏移100mm；TCP点设定在吸盘的接触面上，从默认tool0上的X正方向偏移了100mm，Z正方向偏移了180mm。设置步骤如下：1）在ABB菜单中选择“手动操纵”，如图3-30所示。2）在手动操作界面内选择“工具坐标”，如图3-31所示。图3-30打开“手动操纵”图3-31选择“工具坐标”搬运机器人TCP设置方法3）点击左下角的“新建”，如图3-32所示。4）根据需要设置新工具坐标数据的声明，点击“初始值”设置新建坐标数据，如图3-33所示。图3-32新建工具坐标图3-33点击“初始值”搬运机器人TCP设置方法5）TCP点设置在吸盘的接触面上，从默认tool0上的X正方向偏移了100mm，Z正方向偏移了180mm，设置对应的数值，如图3-34所示。6）此工具质量是10kg，因此将“mass”值设置为