工业机器人技术及应用 课件 3 工业机器人的操作方式

工业机器人技术及应用主讲人：工业机器人轴系工业机器人坐标系工业机器人坐标系1工业机器人坐标系工业机器人轴系工业机器人系统运动轴的类型1-本体轴2-附加轴(基座轴)3-附加轴(工装轴)本体轴附加轴本体轴第一代商用工业机器人多为6轴垂直关节型机器人。a)Yaskawa-Motomanb)Fanucc)Media-Kukad)ABB1-S-axis/J1axis/Axis1(A1)/Axis12-L-axis/J2axis/Axis2(A2)/Axis23-U-axis/J3axis/Axis3(A3)/Axis34-R-axis/J4axis/Axis4(A4)/Axis45-B-axis/J5axis/Axis5(A5)/Axis56-T-axis/J6axis/Axis6(A6)/Axis6工业机器人坐标系1-S-axis/Axis1(A1)2-L-axis/Axis2(A2)3-E-axis/Axis3(A3)4-U-axis/Axis4(A4)5-R-axis/Axis5(A5)6-B-axis/Axis6(A6)7-T-axis/Axis7(A7)本体轴第二代商用工业机器人多为7轴垂直关节型机器人，比第一代多了一个肘关节，可以实现手臂扭转动作。工业机器人坐标系附加轴

通过附加轴，可以增加机器人工作时的自由度，提高机器人动作的灵活性和可达性。工装轴基座轴工业机器人系统附加轴-基座轴b)3-PRPa)2-RPc)3-PPP将机器人本体安装在移动平台上（线性滑轨），形成混联式移动机器人。工业机器人坐标系附加轴工装轴基座轴将机器人本体安装在移动平台上（线性滑轨），形成混联式移动机器人。工业机器人系统附加轴-工装轴c)3-PRRb)2-RRa)1-Re)3-PPRd)3-RRR主要指变位机，能将被加工工件移动、转动到合适的位置，辅助机器人工作。工业机器人坐标系附加轴工装轴基座轴将机器人本体安装在移动平台上（线性滑轨），形成混联式移动机器人。主要指变位机，能将被加工工件移动、转动到合适的位置，辅助机器人工作。运动控制可以由机器人控制系统直接实现，也称内部轴。可以由机器人控制系统触发外部控制器（PLC）间接实现位置调整，也称外部轴。可以通过示教器直接控制工业机器人坐标系工业机器人坐标系ABB工业机器人用笛卡尔直角坐标系来定义三维空间，机器人目标和位置是通过沿坐标系轴的测量来定位。在机器人系统中可以定义多个坐标系，每一个坐标系都适用于特定类型的控制或编程。工业机器人坐标系工业机器人坐标系工业机器人坐标系大地坐标系机座坐标系关节坐标系工具坐标系工件坐标系工业机器人坐标系大地坐标系

大地坐标系，又称为世界坐标系或绝对坐标系。它是与机器人的运动无关，以地球为参照系的固定坐标系。这有助于处理若干个机器人或由外轴移动的机器人。

大地坐标系的原点由用户根据需要来确定，一般设置Z轴正方向垂直地面向上。

在默认情况下，大地坐标系与基坐标系是一致的。

工业机器人坐标系机座坐标系

机座坐标系又称基坐标系，工业机器人系统里所说的直角坐标系就是指基坐标系，是固定在机器人机座上的。不论沿机座坐标系的任一轴移动或转动，机器人多数情况下均是多轴联动。

一般将机器人本体第一轴的轴线与机座安装面的交点定义为基坐标系的原点，垂直机座安装面向上为Z轴正向，机器人的正前方为X轴的正向，Y轴正向按右手定则确定。机器人在机座坐标系中的微动控制更为注重“结果导向”。机座坐标系对于将机器人从一个位置移动到另一个位置很有帮助，是机器人手动操作和任务编程中经常使用的坐标系之一。工业机器人坐标系两台机器人共同协作时坐标系的选择

如果两台或多台机器人共同协作时，例如，一台安装于地面，另一台倒置（倒置机器人的基坐标系也将上下颠倒）。当分别在两台机器人的基坐标系A、C中进行运动控制时，很难预测相互协作运动的情况，此时可选择一个共同的世界坐标系B取而代之。工业机器人坐标系关节坐标系参照关节轴的坐标系，每个关节坐标是相对于前一个关节坐标来定义的。在关节坐标系下，机器人系统的各个运动轴均可实现单轴正向或反向转动。机器人在关节坐标系中的微动控制更为注重“过程导向”。关节坐标系比较适用于工业机器人本体轴及其附加轴的单轴手动控制场合，如将机械单元移出危险位置、将机器人本体移出奇异点、定位机器人轴以便进行校准等。

工业机器人坐标系工具坐标系

工具坐标系是安装在机械接口上的工具或末端执行器的坐标系，它是相对于机械接口（法兰盘面的中心）坐标系来定义的，定义机器人到达预设目标时所使用工具的位姿（位置和姿态）。

工具坐标系的原点定义为工具中心（TCP）点，默认工具坐标系原点与法兰盘面的中心重合。实际使用时将坐标系平移到工件上。并且假定工具的有效方向为X轴，轴线方向为Z轴，Y轴由右手法则确定。

机器人系统可以处理若干工具坐标系定义，但每次只能存在一个有效的工具坐标系。

工业机器人坐标系工具坐标系新设定的工具坐标系是相对默认工具坐标系(TCP)变化得到的。在实际任务编程或调试过程中，设定工具坐标系的作用在于：一是确定工具中心点，方便调整末端执行器或工具的姿态，如控制点不变动作；二是确定工具的进给方向，方便调整末端执行器或工具的位置，如移动末端执行器时不改变其指向的操作。同机座坐标系类似，机器人在工具坐标系中的手动控制亦是注重“结果导向”。静止工具坐标系移动工具坐标系在工作时，TCP会跟随机器人末端执行器在空间移动。参照静止工具而不是移动的机器人末端执行器来定义的。移动TCP固定TCP工业机器人坐标系工件坐标系与工件相关，又称用户坐标系。定义工件相对于大地坐标系（或其他坐标系）的位置。

使用了工件坐标系的指令中，坐标数据是相对工件坐标系的位置，一旦工件坐标系移动，相关轨迹点相对大地同步移动。

机器人系统可以处理若干工件坐标系定义，但每次只能存在一个有效的工件坐标系。

默认工件坐标系wobj0与机器人基座标重合。

工件坐标系工业机器人坐标系新设定的工件坐标系是相对默认工件坐标系(与机座坐标系重合)变化得到的，其零点和坐标轴方向在空间上是不变化的（固定坐标系）。在实际任务编程或调试过程中，设定工件坐标系的主要意义在于：一是确定参考坐标系，方便调整或查阅末端执行器的移动量和转动量；二是确定工作台或输送带等运动方向，方便手动控制末端执行器的移动，如平行倾斜工作台面的抓取作业。机器人在工件坐标系中的手动控制和机座坐标系、工具坐标系类似，同样注重“结果导向”。工件坐标系机器人任务程序中记录的所有位置信息均是参考工件坐标系，所以在编程或调试前，用户应及时定义工件坐标系。工业机器人坐标系多个工件坐标系的使用机器人可以拥有若干工件坐标系，表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干状态，如图所示，A为大地坐标系，为了方便编程，为第一个工件建立了一个工作坐标B，并在这个工作坐标B中进行轨迹编程。如果台子上还有一个一样的工件需要走一样的轨迹，只需建立一个工件坐标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即可。工业机器人坐标系世界坐标XYZ基坐标XYZ工具坐标XYZX工件坐标YZ用户坐标XYZToolCenterPoint(TCP)大地坐标系机座坐标系关节坐标系工具坐标系工件坐标系用户坐标系，定义工件位置调整机器人姿态调整机器人位置多机器人协作定义工具位姿工业机器人坐标系工业机器人坐标系预设：基坐标与世界坐标相同;工件坐标(wobj0)与基坐标相同。工业机器人的开关机初识示教器工业机器人的手动操作工业机器人的基本操作工业机器人的操作2工业机器人的开、关机12电源总开关急停开关电机通电/复位机器人状态31.开机操作在开机前必须首先对工业机器人进行检查，检查设备是否都处于默认安全状态，确认机器人工作范围内、各个气缸行程范围内是否有杂物，工业机器人末端操作器及其他配套设备是否工作正常。工业机器人的操作自动手动手动全速2.关机操作调整机器人姿态回到安全位置。123工业机器人的操作43.安全注意事项记得关闭总电源在进行机器人的安装、维修、保养时切记要将总电源关闭。带电作业可能会产生致命性后果。如果不慎遭高压电击，可能会导致心跳停止、烧伤或其他严重伤害。在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。突然停电后，要在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。与机器人保持足够安全距离在调试与运行机器人时，它可能会执行一些意外的或不规范的运动。并且，所有的运动都会产生很大的力量，从而严重伤害个人或损坏机器人工作范围内的任何设备。时刻警惕与机器人保持足够的安全距离。紧急停止紧急停止优先于任何其它机器人控制操作，它会断开机器人电动机的驱动电源，停止所有运转部件，并切断由机器人系统控制且存在潜在危险的功能部件的电源。出现下列情况时请立即按下任意紧急停止按钮：机器人运行时，工作区域内有工作人员。机器人伤害了工作人员或损伤了机器设备。工业机器人的操作初识示教器连接电缆使能器按钮触摸屏急停开关USB端口手动操纵摇杆示教器复位按钮触摸屏用笔

示教器（FlexPendant）也称示教编程器或示教盒，由硬件和软件组成，其本身就是一成套完整的计算机，通过集成电缆和连接器与控制器连接。作为机器人的人机交互接口，工业机器人的手动控制、程序编辑、参数修改以及状态监视等操作基本都是通过示教器来完成。工业机器人的操作使能器按钮使能器按钮是工业机器人为保证操作人员人身安全而设置的。只有在按下使能器按钮，并保持在“电机开启”的状态，才可对机器人进行手动的操作与程序的调试。当发生危险时，人会本能地将使能器按钮松开或按紧，机器人则会马上停下来，保证安全。

使能器按钮分为两档，在手动状态下第一档按下去，机器人处于电机开启状态，第二档按下去以后，机器人就会处于防护装置停止状态。在自动模式下，使能器无效。工业机器人的操作硬件按钮代号按键名称功能A–D预设按键

通过预置按钮可配置快捷操作功能E机械单元选择按键机器人轴/外轴的切换F

线性运动/重定位运动切换按键线性运动/重定位运动的切换G动作模式切换按键关节1-3轴/4-6轴的切换H增量开关按键根据需要选择对应位移及角度的大小J步退执行按键使程序后退至上一条指令KSTART（启动）按键开始执行程序L步进执行按键使程序前进至下一条指令MSTOP（停止）按键停止程序执行工业机器人的操作代号名称功能A菜单菜单栏包括HotEdit、备份与恢复、输入和输出、校准、手动操纵、控制面板、自动生产窗口、事件日志、程序编辑器、FlexPendant资源管理器、程序数据、系统信息等B操作员窗口操作员窗口显示来自机器人程序的消息；程序需要操作员做出某种响应以便继续时往往会出现此情况C状态栏状态栏显示与系统状态有关的重要信息，如操作模式、电动机开启/关闭、程序状态等D任务栏通过ABB菜单，您可以打开多个视图，但一次只能操作一个；任务栏显示所有打开的视图，并可用于视图切换E快速设置菜单快速设置菜单包含对微动控制和程序执行进行的设置示教器功能面板工业机器人的操作工业机器人的手动操作

在自动运行模式下，无须再手动按下使能键按钮，机器人依次自动执行程序语句并且以程序语句设定速度进行移动。自动模式主要应用于工业生产，程序编辑功能将被锁定。

机器人工具中心点(TCP)的运行速度能以指定的最大速度（高于250mm/s）自动运行。自动手动手动全速工业机器人的操作①手动模式②手动全速模式③自动模式工业机器人的运行模式

在手动模式下主要进行机器人程序的编写及调试、示教点位的修改等操作，手动模式下只有当操作人员长按使能键时才能进行机器人的运动操作。

机器人工具中心点(TCP)的运行速度限制在250mm/s以内。

机器人工具中心点(TCP)的运行速度能以指定的最大速度（高于250mm/s）运行。工业机器人的手动操作

ABB六关节工业机器人是由六个伺服电动机分别驱动机器人的六个关节轴，那么每次手动操作一个关节轴的运动，就称之为单轴运动。

单轴运动也叫关节运动。

工业机器人的操作单轴运动的手动操作

手动操作工业机器人运动一共有三种模式：单轴运动、线性运动及重定位运动。1）接通电源，将机器人状态钥匙切换到中间的手动位置。2）在状态栏中，确认机器人的状态已经切换到手动状态。在主菜单中选择“手动操纵”。3）单击“动作模式”。4）选择“轴1-3”，单击“确定”。工业机器人的操作单轴运动的手动操作5）按下使能按钮，进入电动机开启状态，操作操作杆，相应的机器人1、2、3轴动作，操作操作杆幅度越大，机器人的动作速度越快。同样，选择轴4-6操作操作杆，机器人4、5、6轴就会动作，其中“操作杆方向”窗口中的箭头和数字（1、2、3）代表各个轴运动时的正方向。工业机器人的操作单轴运动的手动操作关节运动

机器人的线性运动是指安装在机器人第六轴法兰盘上工具的TCP（ToolCenterPoint，工具中心点）在空间中做X、Y、Z的线性直线运动。

可以根据需求选择不同工具对应的坐标系。1）单击主菜单中的“手动操纵”，然后单击“动作模式”。2）选择“线性”，单击“确定”。工业机器人的操作线性运动的手动操作3）选择工具坐标tool0（系统默认的工具坐标），电动机开启。机器人的线性运动要在“工具坐标”中指定对应的工具。4）操作示教器的操作杆，工具坐标TCP点在空间做线性运动，操作杆方向栏中的X、Y、Z的箭头方向代表各个坐标轴运动的正方向。工业机器人的操作线性运动的手动操作线性运动

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点在空间中绕着坐标轴旋转的运动，通常使用重定位运动来完成空间定点的机器人姿态调整，以便满足使用需要。同时重定位运动也可用来检验工具数据的准确性。

可以根据需求选择不同的坐标系。1）单击主菜单中的“手动操纵”，然后单击“动作模式”。2）选择“重定位”，单击“确定”。工业机器人的操作重定位运动的手动操作3）单击“坐标系”。4）选择“工具”，单击“确定”。5）按下使能按钮，进入电动机开启状态，并在状态栏中确认。6）操作示教器的操作杆，使机器人绕着工具TCP点做姿态调整的运动，操作杆方向栏中的X、Y、Z的箭头方向代表各个坐标轴运动的正方向。可以根据需求选择不同工具对应的坐标系。在没有选择更改坐标系的情况下，系统默认为工具坐标系tool0，tool0为机器人出厂默认的工件坐标系。工业机器人的操作重定位运动的手动操作工业机器人的手动操作

通过操纵杆方向锁定，可以对机器人的某一个或多个方向进行锁定不动，以便让机器人可以准确的按照要求方向进行运动。工业机器人的操作工业机器人的手动操作工业机器人的操作长按

工业机器人6个关节轴都有一个机械原点。工业机器人出厂时，对各关节轴的机械零点进行了设定，在机器人机械本体上六个关节轴处有同步的标记位置，该标记位作为各关节轴运动的基准。转数计数器的更新工业机器人的操作

机器人零点信息是指，机器人各轴处于机械零点时各轴电机编码器对应的读数，零点信息存储在本体串行测量板上，数据需要供电才能保存，掉电后数据会丢失。工业机器人内部有用电池供电的转数计数器。其作用是记录各个轴的数据，保证机器人正确移动到程序设定或指定的坐标位置。

在以下情况发生时，需要对机械原点位置进行转数计数器更新操作。1．更换伺服电机转数计数器电池后。2．转数计数器发生故障修复后。3．转数计数器与测量板断开过以后。4．断电后当机器人关节发生移动后。5．当系统报警提示，10036，转数计数器未更新时。转数计数器的更新工业机器人的操作关节轴6关节轴5关节轴4关节轴3关节轴2关节轴11）使用手动操作让机器人各关节轴运动到机械原点的刻度位置，各轴运动的顺序是：4-5-6-1-2-3。各轴机械原点的位置在机器人各轴的轴身上。各轴回到原点后的姿态。2）单击主菜单中的“校准”。3）单击“ROB_1校准”。4）选择“校准参数”，单击“编辑电动机校准偏移”。转数计数器的更新工业机器人的操作5）将机器人本体上的电动机校准偏移记录下来，填入校准参数rob1＿1～rob1＿6的偏移值中，单击确定按钮。若示教器中显示的数值与机器人本体上的标签数值一致，则无须修改，直接单击“取消”退出，跳到第9步。6）要使参数生效，必须重新启动系统，单击“是”。7）重新启动系统后，选择主菜单中的“校准”。8）单击“ROB＿1”校准。转数计数器的更新工业机器人的操作9）单击“转数计数器”，选择更新转数计数器。10）系统提示是否更新转数计数器，单击“是”按钮。11）单击全选，单击更新，六个轴同时进行更新操作。若机器人由于安装位置的原因，无法让六个轴同时到达机械原点，则可以逐一进行转数计数器的更新。转数计数器的更新工业机器人的操作12）单击“更新”。13）转数计数器更新完成，单击“确定”。转数计数器的更新工业机器人的操作操纵杆的控制①默认模式②增量模式工业机器人的基本操作工业机器人的操作操纵杆的控制

可以将机器人的操纵杆比作汽车的节气门，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。手动状态下机器人的最大运行速度可以通过示教器进行设置。

①默认模式②增量模式工业机器人的操作操纵杆的控制

可以将机器人的操纵杆比作汽车的节气门，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。手动状态下机器人的最大运行速度可以通过示教器进行设置。

①默认模式②增量模式选择增量大小后，运行速度是稳定的，可以通过调整增量大小控制机器人步进速度。在增量模式下，操纵杆每位移一次，机器人就移动一步，每一步移动的距离和弧度如下表所示。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10步/s）。增量移动距离/mm弧度/(rad)小0.050.0005中10.004大50.009用户