工业机器人应用编程电子教案 任务3.2　标定焊枪工具

教案首页授课人：授课班级授课时间项目名称任务3.2标定焊枪工具任务描述1.小组讨论，学习工具数据的创建。2.小组讨论，制订工具数据的定义以及工具负载的测算。3.独立完成通过编程与示教，实现工业机器人采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系。授课方式实操教学仿真一体化教学时数6授课方法手段项目教学法：以完成任务为目标来讲解相关知识和技能教学目标知识目标：1．努力成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。2．掌握工具数据的创建。3.根据任务要求，可以更便捷的获得机器人工具与目标工件的相对位姿。能力目标：1．能够掌握工具数据的定义以及工具负载的测算。2.采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系。教学重点难点重点：1．掌握工具数据的创建。难点：1．能够采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系。教学过程设计

分组，引导学生分析工业机器人采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系、实操示范，完成任务并进行讨论评价作业布置及辅导完成本单元工作任务见职教云中的班级作业课后小结努力成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。本单元关键是掌握手动操作能够采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系。教师备课纸教学过程与内容：任务3.2:标定焊枪工具一、任务导入工具坐标系是工业机器人常用的坐标系之一。在机器人的手动动作模式中使用可以更便捷的获得机器人工具与目标工件的相对位姿，在运动指令中调用工具坐标系，可以更准确的描述工具末端点的运动轨迹。工具坐标系的标定分为3个步骤：工具数据的创建、工具数据的定义以及工具负载的测算。其中对于不影响机器人运动轨迹精度的低速应用场景，工具负载的测算是可以省略的，只需要估算负载质量即可。本任务采用辅助标定工具，来标定模拟焊枪工具坐标系，模拟焊枪工具如图所示。二、知识准备-工具数据-定义工具数据（tooldata）是工业机器人系统用于描述工具的TCP、重量、重心等参数的数据，也用于描述新工具坐标系相对于默认工具坐标系的位姿变换。如图1所示，是选择程序数据类型界面，图2为tooldata数据中包含的参数。工具数据包含多个参数，其数据结构如下：1.robhold该参数为单一数据类型，其数据类型为bool，用于描述工具是否由机器人夹持，即工具是否安装在机器人末端。2.Tframetoolframe的缩写，用于描述实际工具坐标系与默认工具坐标系的位姿变换关系，由trans（位置）和rot（姿态）两组参数构成。3.Trans该组包含x，y，z，共3个参数，分别用于描述实际工具末端点与默认工具末端点x，y，z方向的位置。4.Rot该组包含q1，q2，q3，q4，共4个参数，用4元数的形式表达实际工具坐标系与默认工具坐标系间的姿态变换。5.TloadToolload的缩写，用于描述实际工具的重心位姿，惯性矩等参数。6.Mass工具负载的质量，单位为kg。7.Cog该组包含x，y，z，共3个参数，分别用于描述工具负载的质心位置与默认工具末端点x，y，z方向的位置。8.Aom该组包含q1，q2，q3，q4，共4个参数，用4元数的形式表达力矩主惯性轴与默认工具坐标系间的姿态变换。9.ix，iy，iz围绕力矩惯性轴的惯性矩，单位为kgm2。三、知识准备-工具数据定义方法工具数据定义的基本原理是使用已安装的工具以不同的姿态对准同一个固定点，从而计算出实际工具末端点位置及姿态变换数据，如图所示。工具数据的定义需要根据实际情况选择合适的方法和点数。常用的标定工具坐标系方法有：TCP的默认方向法、“TCP和Z”方法和“TCP和Z，X”方法，如图所示。1.TCP的默认方向法使用“TCP（默认方向）”方法计算得到的工具数据不改变默认工具坐标系方向，仅计算工具的Z方向偏移数值，即工具长度。因此，该方法仅适用于工具末端点在Z方向延伸的情况。右图中的“点数”，是指标定工具坐标系需测定工具末端点示教的不同位姿数，可在3到9之间选择，默认为4点。理论上点数越多，利用不同的位姿数据计算得到的工具坐标系数据越精确，但在实际操作时，由于示教精度的影响，也并不是选择点数越多计算更精确。2.“TCP和Z”方法“TCP和Z”方法是增加了z点的定义，以工具末端点与z点的连线为工具坐标系的Z轴，对应Z方向改变的工具。“TCP和Z”方法可兼容“TCP（默认方向）”方法，即Z方向不变的工具也可用此方法定义工具数据。3.“TCP和Z，X”方法“TCP和Z，X”方法则增加了z和x点的定义，以工具末端点与z点的连线为工具坐标系的Z轴，以工具末端点与x点的连线为工具坐标系的x轴，对应Z、X方向改变的工具。“TCP和Z，X”方法可兼容其它方法。四、任务实施-创建工具数据创建工具数据：Step1：单击ABB菜单，单击“程序数据”。Step2：在“程序数据”界面选中工具数据对应的数据类型“tooldata”，单击“显示数据”。Step3：在“tooldata”数据管理界面，“tool0”是系统默认工具数据，不可修改。单击“新建”，创建新的工具数据。Step4：在“tooldata”数据声明界面，修改属性。工具新数据的声明包含名称、范围等属性。此处不做修改，点击“确定”，返回工具数据界面。Step5：在“tooldata”数据管理界面，可见创建完成的“tool1”具数据。五、任务实施-标定工具数据标定工具数据：Step1：在“tooldata”管理界面，选中新建的工具数据“tool1”，单击“编辑”，在弹出列表中选择“定义”。Step2：选择“TCP和Z，X”方法，点数使用默认值4。Step3：手动操作工业机器人，使工具末端点靠近TCP标定辅助工具的尖端。Step4：选中“点1”，然后点击“修改位置”，确认“点1”对应的状态栏显示状态为“已修改”。Step5：用同样的操作完成点2的记录，选中“点2”，单击“修改位置”，确认“点2”对应的状态栏显示状态为“已修改”。Step6：用同样的操作完成点3的记录，选中“点3”，单击“修改位置”，确认“点3”对应的状态栏显示状态为“已修改”。Step7：用同样的操作完成点4的记录，选中“点4”，单击“修改位置”，确认“点4”对应的状态栏显示状态为“已修改”。Step8：2、3、4各点之间的位姿差异要尽可能大。四个点位置示教后，对应状态均显示“已修改”。Step9：将工业机器人移至桌面外侧，记录点X。该点与辅助标定工具尖点连线为工具坐标系的X轴。Step10：将工业机器人移至辅助标定工具上方，记录延伸器点Z，该点与辅助标定工具尖点连线为工具坐标系的Z轴。Step11：所有点记录完成后，单击“确定”，弹出窗口提示“是否保存修改的点”，点击“否”。Step12：自动生成工具数据计算结果，包括计算值的最大、最小的误差等。单击“确定”完成标定。单击“取消”则返回“tooldata定义”界面重新标定。六、任务实施-验证工具数据验证工具数据：工具数据创建并标定完成后，需要验证工具数据的准确性。具体操