工业机器人典型应用-弧焊站-坐标系建立

工业机器人弧焊站系统集成项目三坐标系建立目录工具坐标建立原理工具坐标测量变位机耦合

第一部分工具坐标建立原理工具坐标建立原理

工具坐标定义

工具坐标的测量是以工具参考点为原点创建一个坐标系，该参考点被称为TCP（ToolCenterPoint）点。不同的应用有不同的工具，通常选取工具与工件接触的中心点作为TCP点工具坐标测量定义工具坐标建立原理

工具坐标的测量的原理是通过系统给出的测量方法，计算出工具坐标系相对于法兰坐标系之间的距离（X、Y和Z）以及姿态（A、B、C），并将数据保存在System/Config.dat文件中，让机器人精确地知道工具TCP点位置及姿态。测量的方法核心是以已知的法兰坐标求位置的工具坐标，并将相对的位置、方向数据进行保存工具坐标测量工具坐标建立原理

工具坐标的测量的原理是通过系统给出的测量方法，计算出工具坐标系相对于法兰坐标系之间的距离（X、Y和Z）以及姿态（A、B、C），并将数据保存在System/Config.dat文件中，让机器人精确地知道工具TCP点位置及姿态。测量的方法核心是以已知的法兰坐标求位置的工具坐标，并将相对的位置、方向数据进行保存工具坐标测量方法步

骤测量项目测量方法1坐标系的原点XYZ4点法XYZ参照法2坐标系的姿态ABC世界坐标系法5D6DABC2点法其他直接输入TCP至法兰中心点的距离值（X、Y、Z）和转角（A、B、C）表

工具坐标系测量方法工具坐标建立原理

（1）如图3-3所示，可围绕工具TCP改变姿态。将工具TCP点靠近一固定的参考点，选择该工具坐标系，使用移动键或6D鼠标操作机器人，原点不移动（X、Y、Z不改变），仅改变A、B、C的值，不管机器人不管在什么姿态，TCP始终与参考点相对空间位置不变。工具坐标测量优势工具坐标建立原理

（2）如图所示，沿工具作业方向的移动。以X方向移动时，工具TCP始终沿着作业方向移动，方便手动示教。工具坐标测量优势工具坐标建立原理

（3）如图所示，在CP轨迹运动编程（直线或圆弧运动）时使用已定义工具坐标，可实现沿着TCP上的轨迹保持已编程的运行速度。在编程中设定好机器人速度后，运行过程中工具TCP点的速度始终是保持设定的速度。工具坐标测量优势工具坐标建立原理

（4）如图所示，在CP轨迹运动编程（直线或圆弧运动）时使用已定义的工具坐标，可使用恒定姿态（姿态不变化）或引导姿态（姿态根据编程要求变化）进行运行。工具坐标测量优势

第二部分工具坐标测量

原点测量姿态测量工具坐标测量

（1）XYZ4点法

将待测工具的TCP从4个不同的方向移向一个参考点，参考点可以任意选择（通常选择尖触点或其他易于重复准确定位的点），机器人从不同的法兰位置计算出TCP值，如图所示。4个点的法兰位置和姿态相对于参考点偏差越大，计算出来的工具坐标精度越高，误差越小。原点测量工具坐标测量

（1）XYZ4点法1）在主菜单中选择“投入运行”>“测量”>“工具”>“XYZ4点法”。2）为待测的工具给定一个编号和名称，单击“继续”按钮，进行下一步。3）将工具的TCP移至任意一个参考点，按下“测量“键，出现“是否应用当前位置？”，使用“是”键加以确认，然后””单击“继续”按钮，进行下一步。4）将TCP从其他方向移向参考点，重复上一步骤3次5）负载数据自动打开，输入正确的负载数据后，然后按下“继续”键。6）包含测量的工具坐标TCP点的X、Y、Z、A、B、C窗口自动打开，测量故障可在窗口中读取，单击“保存”按钮，将测量数据保存。原点测量工具坐标测量

（1）XYZ4点法注意：在测量前保证焊丝露出焊枪口10mm，即干伸长度10mm。原点测量工具坐标测量

（1）XYZ4点法注意：测量参考点在清枪机的上部，如图所示。原点测量工具坐标测量

（1）XYZ4点法注意：测量故障小于0.9。原点测量工具坐标测量

（2）XYZ参考法

采用XYZ参考法时，将对一件新工具与一件已测得过的工具进行比较测量，机器人控制系统根据测量数据自动比较法兰位置，并计算出新工具的TCP，测量原理如图所示。原点测量工具坐标测量

（1）ABC世界坐标系

将工具坐标系的轴调整为与世界坐标系的轴平行（已知坐标系的轴），通过测量，机器人控制系统得知工具坐标的方向或姿态。具体方法有5D法和6D法。方向测量1）5D法将工具作业方向告知机器人控制系统，该作业方向默认为工具坐标的X轴，其他轴的方向由系统确定，即+Xtool//-Zworldl。该方法测量后，作业方向是唯一确定的，其他Y、Z的方向由系统确定，对用户来说是未知的，其应用范围主要包括MIG/MAG焊接、激光切割或水射流切割。2）6D法

将工具坐标所有三个轴的方向均告知机器人控制系统，即+Xtool//-Zworld、+Ytool//+Yworld、+Ztool//+Xworld。该方法测量后，工具坐标的三个方向都是唯一确定的，其应用范围主要是点焊、抓爪或涂胶等工艺过程。工具坐标测量

（1）ABC世界坐标系1）在主菜单中选择“投入运行”“测量”“工具”“ABC世界坐标系法”。2）输入需要确定的工具编号，单击继续按钮，进行下一步。3）在5D和6D栏中选择一种方式，单击“继续”按钮，进行下一步。4）按照选择的5D或6D要求调整机器人工具姿态，单击“继续”按钮，进行下一步。5）单击“保存”按钮，将测量数据保存。方向测量工具坐标测量

（1）ABC世界坐标系注意：调整TCP的方向与Z轴平行方向测量工具坐标测量

（2）ABC2点法

通过趋近X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制系统得知工具坐标系各轴的方向。当对轴的旋转方向要求非常精确的时候，可使用此方法进行测量。方向测量

第三部分变位机耦合

变位机认知

变位机耦合工作原理

变位机耦合操作流程变位机耦合

（1）附加轴定义

工业机器人附加轴（也叫外部轴）是指独立于机器人机械本体之外，但受机器人控制系统直接控制或控制柜控制的，拓展机器人的功能或应用空间，辅助机器人完成工艺过程的轴。

在焊接、机床上下料、零件加工、货物转运等工作过程中，经常会出现超出工业机器人工作空间范围的工艺过程，通常需要增加附加轴来实现工件的角度和位置变化，配合机器人完成该工艺过程。附加轴已广泛应用于机床上下料、码垛、喷涂、焊接等领域，提高了工作效率，保证了工作质量。变位机认知变位机耦合

（2）附加轴分类

附加轴按控制方式可以分为同步轴和异步轴。同步轴一般由工业机器人直接控制，可实现与机器人的耦合运动，即在轴运动过程中机器人也在同步运动，附加轴和机器人都由机器人控制系统控制，应用在较为复杂的工艺过程中；异步轴一般由单独的控制柜或控制系统，不会与机器人耦合运动，即轴运动过程中不受机器人控制系统控制，独立运动。变位机认知变位机耦合

（2）附加轴分类

附加轴按应用可分为滑轨和变位机。滑轨

滑轨是直线运动轨道。机器人安装在滑轨上，通过机器人控制系统或外部控制系统来实现机器人的长距离移动，可实现机器人大范围、多工位工作，解决了机器人本身的行程问题。变位机认知变位机耦合

（2）附加轴分类附加轴按应用可分为滑轨和变位机。变位机

变位机是专用焊接辅助设备，适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度，缩短辅助时间，提高劳动效率，改善焊接质量。可与机器人、焊机配套使用，组成焊接机器人工作站，也可用于手工作业时的工件变位。焊接变位机一般由工作台回转机构和翻转机构组成，通过工作台的升降、翻转和回转使固定在工作台上的工件达到所需的焊接、装配角度，工作台回转为如果采用伺服电机驱动，则可作为机器人的外部轴，与机器人实现联动，达到同步控制的目的。变位机认知变位机耦合

变位机耦合工作流程将弧焊应用站的系统上传到WorkVisual，在WorkVisual中添加设备中的“外部轴”规格型号（KUKA为驱动电机型号）在单元配置将外部轴与机器人相连，设置基坐标（该坐标为外部轴运动坐标系）将配置好的项目下载到机器人控制系统，进行外部运动基点测量，当测量的误差小于5mm时，系统完成外部轴测量，若误差大于5mm则必须重新测量直到满足误差要求。变位机耦合工作原理变位机耦合为了将变位机作为外部轴纳入机器人控制系统中（即外部轴耦合），需要做两步工作：（1）在WorkVisual中添加设备已配置的“外部轴”规格型号，然后在单元配置将外部轴与机器人相连，设置基坐标（该坐标为外部轴运动坐标系），本步工作已在2.5章节中完成，配置了坐标号为“1”，坐标名称为“FlangeBase（Mx11013040S0）”的基坐标。（2）将配置好的项目下载到机器人控制系统，进行外部运动基点测量。变位机耦合工作原理变位机耦合

基点测量实质是建立外部轴的基坐标系，其方法类似测量工具坐标系的XYZ4点法，区别是测量变位机回转中心为原点的坐标

测量时选取距回转中心半径一定的圆周上的4个点空间位置（第2.5节中的法兰与测量点距离），通过4个点的测量结果，计算出回转中心点空间位置，并作为外部轴基坐标原点。基点测量操作流程变位机耦合基点测量操作流程变位机耦合

操作步骤1：主菜单选择“投入运行”“测量”“外部运动装置”“基点测量”基点测量操作流程变位机耦合操作步骤2：在弹出对话框中输入外部运动系统编号和名称。注：编号和名称应与WorkVisual中配置一致。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤3：输入校准好的TCP工具名称“WELD-1”，点击“继续”。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤4：示教器提示“移动附加轴，随后将其通过TCP移向标记测量点1”注：第一个测量点必须是零位点基点测量操作流程变位机耦合操作步骤5：机器人TCP移动至第一个测量点。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤6：单击测量按钮，在弹出来的对话框中选择“是”，确认选择的第一点位置。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤7：调整不同的变位机方向将TCP移至测量参考点，重复步骤4-6，测量另外三个点。注：测量点间距足够大，如将参考点定位到0°、90°、180°、270°。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤8：弹出包含测量的基坐标的X、Y、Z、A、B、C值窗口，故障不得大于5mm。基点测量操作流程变位机耦合操作步骤9：选择工具坐标“WELD-1”和基坐标“FlangeBase”基点测量操作流程变位机耦合操作步骤10：示教器“坐标系选择”中选择“Mx_110_130_40_S0”基点测量操作流程变位机耦合操作步骤11：按下E1的“+”或“-”机器人本体随E1轴同时转动，