KUKA机器人应用技术-课件 项目 2 KUKA 机器人坐标系的创建

KUKA机器人工具坐标系的创建项目2·任务2.1项目2·KUKA机器人应用技术目录010203任务导入任务目标知识储备任务实施0405任务小结假如你是一家汽车零部件制造企业的机器人设备工程师，负责调试和编写KUKA机器人焊接程序。最近，该企业新购入了一批焊接工具，你需要为这些工具创建工具坐标系，以确保机器人能够精准地执行焊接任务。由于焊接的精度直接影响产品的质量，因此工具坐标系的创建必须非常准确。你首先需要了解工具的具体参数，然后在KUKA机器人系统中进行配置。为了确保坐标系的准确性，你可能还需要进行多次校准和测试。最后，你需要验证机器人在使用新工具坐标系时焊接质量是否达到预期标准，如图2-3所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-3工具坐标系创建任务导入任务导入知识目标◆（1）了解工具坐标系的基本概念及其在机器人操作中的重要性。◆（2）掌握工具坐标系的创建过程，掌握工具坐标系的校准和验证方法。能力目标◆（1）能够熟练操作KUKA机器人示教器，完成工具坐标系的创建。◆（2）能够分析和解决工具坐标系创建过程中出现的常见问题。素养目标◆（1）培养严谨细致的工作态度，确保工具坐标系创建和校准的准确性。◆（2）提升工业机器人操作中的安全意识，规范操作流程。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建任务目标1.TCP的定义进行工具测量时，用户给安装在法兰连接处的工具建立一套笛卡尔坐标系（工具坐标系），该坐标系以用户设定的一个点作为原点，此点称为工具中心点（TCP）。通常，TCP落在工具的工作点上。2.工具测量的优点（1）工具可以在作业方向上直线移动。（2）工具可环绕TCP旋转，无须更改TCP的位置。3.确定TCP的方法（1）XYZ4点法：将工具的TCP从4个不同的方向移向一个参考点，机器人系统通过这些位置计算出TCP的精确位置。（2）XYZ参照法：通过与一个已知TCP的工具进行比较测量，来确定新工具的TCP。4.确定工具坐标系的姿态工具坐标系的姿态决定了工具的方向。确定姿态的方法包括：（1）ABC2点法：通过趋近X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制系统即可得知工具坐标系的各轴。当轴方向必须特别精确地确定时，将使用此方法。（2）ABC世界坐标法：将工具坐标系的轴平行于世界坐标系的轴进行校准的方法。机器人控制系统由此可获取工具坐标系的姿态。5.数字输入如果已知工具的参数，可以直接输入相对于法兰中心点的X、Y、Z偏移量以及相对于法兰坐标系的转角A、B、C。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建知识储备6.工具负载数据输入在测量TCP之后，需要输入工具的负载数据，这对于机器人的运动控制至关重要。7.保存工具坐标系数据一旦TCP和工具姿态被确定，这些数据需要被保存，以便在机器人编程和操作中使用。【小提示】（1）在使用XYZ4点法时，确保4个测量点彼此间隔足够远，并且不得位于同一平面内，以提高TCP计算的精度。（2）在创建工具坐标系时，记录下所有关键参数，便于后续调试和优化。（3）KUKA机器人默认最多可储存16个工具坐标系，变量为TOOL_DATA[1，…，16]。【注意事项】（1）在创建工具坐标系之前，确保工具已正确安装在机器人末端。（2）在输入负载数据时，确保数据准确。（3）在实际操作中，定期校准工具坐标系，确保其精度。（4）在操作过程中，始终遵守安全规范，避免因操作不当导致设备损坏或人身伤害。（5）在创建或修改工具坐标系前，务必备份机器人程序和相关数据，以防止因意外情况导致数据丢失。【知识之窗】创建工具坐标系分以下两步。第一步：确定工具坐标系的原点，可选择XYZ4点法和XYZ参照法。第二步：确定工具坐标系的姿态，可选择ABC世界坐标法和ABC2点法。（1）TCP测量的XYZ4点法。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建知识储备工具坐标系原点的确定以XYZ4点法为例介绍。XYZ4点法就是将待测工具的TCP从4个不同的方向移向一个参考点，如图2-2所示，参考点可以任意选择，机器人控制系统从不同的法兰位置值中计算出TCP。操作时，移至参考点的4个法兰位置，位置之间必须间隔足够远，并且不得位于同一平面内。（2）ABC2点法。用ABC2点法测量的前提条件是：TCP已测得。当轴的方向必须精确确定时，用ABC2点法可以测得。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-2XYZ4点法的4个不同位置知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。（1）XYZ4点法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|工具|XYZ4点法”菜单命令。2）为待测量的工具分配一个号码和一个名称，单击“继续”按钮，如图2-4所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-4分配工具号和名称任务实施3）用TCP移至任意一个参照点，单击“测量”按钮，弹出的对话框显示“要采用当前位置吗？继续进行测量”，单击“是”按钮加以确认，如图2-5所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-5方向1测量任务实施4）用TCP从其他地方朝参照点移动。再次单击“测量”按钮，在弹出的对话框中单击“是”按钮确认，如图2-6所示。5）重复以上步骤两次，如图2-7所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-6方向2测量图2-7测量其余两个位置任务实施6）负载数据输入窗口自动打开。正确输入负载数据（质量3kg，焊枪属于轻负载，非高速运行时，质量重心和姿态及转动惯量参数不设不影响运行，对于高速运行的重负载机器人，这些参数设置非常重要）。如图2-8所示，然后单击“继续”按钮。7）包含测得的TCP“X”“Y”“Z”值的窗口自动打开，数据可通过“保存”按钮直接保存。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-8负载数据任务实施8）验证工具精度。通过重定位的方式验证测量的精度不超过1mm，如图2-9所示。（2）ABC2点法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|工具|ABC2点法”菜单命令。2）输入工具的编号，单击“继续”按钮，如图2-10所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-9工具坐标系精度验证图2-10ABC2点法输入工具编号任务实施3）用TCP移至任意一个参考点，单击“测量”按钮，再单击“继续”按钮，如图2-11所示。4）移动工具，将待测工具的X轴（加工方向）负方向上的一点移动至参考点，如图2-12所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-11ABC2点法参考点图2-12ABC2点法的第一点任务实施5）移动工具，将Y值为正的某点移动至参考点，如图2-13所示。6）单击“继续”按钮，在下一个页面单击“保存”按钮保存数据，如图2-14所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-13ABC2点法的第二点图2-14保存数据任务实施7）验证工具方向，如图2-15所示，切换到工具坐标系下运行，验证工具的三个方向是否正确。（3）直接输入法的实施过程如下：1）选择菜单序列“投入运行｜测量｜工具｜数字输入”菜单命令，如图2-16所示。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-15工具坐标方向验证图2-16工具坐标系数字直接输入法任务实施2）为待测量的工具分配一个号码和一个名称，单击“继续”按钮，如图2-17所示。3）输入工具数据，单击“继续”按钮确认，如图2-18所示。4）输入合理的负载数据，单击“继续”按钮确认。在下一个页面单击“保存”按钮保存数据，工具坐标系建立完成。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建图2-17分配工具号和名称图2-18直接输入工具数据任务实施（1）了解工具坐标系的基本概念及其在机器人操作中的重要性。（2）掌握工具坐标系的创建过程，掌握工具坐标系的校准和验证方法。（3）能够熟练操作KUKA机器人示教器，完成工具坐标系的创建。（4）能够分析和解决工具坐标系创建过程中出现的常见问题。任务2.1｜KUKA机器人工具坐标系的创建任务小结KUKA机器人基坐标系的创建项目2·任务2.2项目2·KUKA机器人应用技术目录010203任务导入任务目标知识储备任务实施0405任务小结假如你是一名工业机器人技术工程师，该车间需要机器人精确地执行焊接任务，而基坐标系的准确与否将直接影响机器人的运动精度和焊接质量。你的任务是为机器人建立一个稳定、可靠的基坐标系，并通过测试和验证确保其满足生产要求，如图2-20所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-20KUKA机器人基坐标系创建任务任务导入知识目标◆（1）掌握KUKA机器人基坐标系的定义。◆（2）掌握基坐标系的创建原理，熟悉KUKA机器人基坐标系的创建方法，包括选择参考点、定义坐标轴方向。能力目标◆（1）能够独立完成KUKA机器人基坐标系的创建。◆（2）能够识别基坐标系创建过程中可能遇到的问题。素养目标◆（1）培养学生在基坐标系创建过程中认真、细致的工作态度，注重每一个环节的精度和准确性。◆（2）强化学生在机器人操作中的安全意识，确保基坐标系创建过程中的人身和设备安全。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建任务目标1.基坐标系测量在测量基坐标系时，用户为工作面或工件建立一套笛卡尔坐标系（基坐标系）。基坐标系的原点为用户指定的一个点。2.基准测量的优点（1）可以沿着工作面或工件的边缘手动移动TCP。（2）可以参照基坐标系对点进行示教。如果必须移动基坐标系，如由于工作面被移动，这些点也随之移动，则不必重新进行示教。（3）最多可储存32个基坐标系，基坐标系的参数为BASE_DATA[1，…，32]。3.两种测量基坐标系的方法（1）3点法。（2）直接输入法。基坐标系测量只能用一个事先测定的工具进行，且TCP必须已知。【小提示】在创建基坐标系时，确保三个点的选择具有足够的精度和稳定性，避免出现共线或接近共线的情况。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建知识储备【注意事项】（1）在创建基坐标系之前，确保机器人已正确安装在工作台上，并且工作台的位置和方向已知。（2）在创建基坐标系时，确保机器人处于安全模式，避免因误操作导致设备损坏或人员受伤。（3）在基坐标系创建完成后，通过机器人运动测试验证基坐标系的准确性。如有偏差，应及时调整并重新验证。（4）定期校准基坐标系，确保其精度和稳定性。【知识之窗】当前的机器人位置可通过两种方式显示。1.关节坐标显示每根轴的当前轴角：该角等于与零点标定位置之间的角度绝对值。2.笛卡尔坐标在所选的基坐标系中显示当前TCP的位置。（1）当没有选择工具坐标系时，法兰坐标系适用。（2）当没有选择基坐标系时，世界坐标系适用。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建知识储备实施地点：工业机器人焊接技术实训室。实施设备：KUKA机器人，型号为KR8R1420arcHW。（1）基坐标系测量的3点法操作步骤如下：1）选择“投入运行|测量|基坐标系|3点”菜单命令，如图2-21所示。2）为基坐标系分配一个号码和一个名称，如图2-22所示，单击“继续”按钮确认。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-213点法图2-22分配基坐标系统号和名称任务实施3）输入需要用TCP测量基坐标系的参考工具的编号，如图2-23所示，单击“继续”按钮确认。4）将TCP移动到新基坐标系的原点处，如图2-24所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-23输入参考工具编号图2-24测量基坐标系原点任务实施5）将TCP移至新基坐标系正向X轴上的一个点，如图2-25所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。6）将TCP移至XY平面上一个带有正Y值的点，第三点定于XY平面上，如图2-26所示，单击“测量”按钮，并在弹出的对话框中单击“是”按钮确认位置。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-25测量基坐标系X轴方向图2-26测量基坐标系Y轴方向任务实施7）单击“保存”按钮，保存新基坐标系数据，关闭菜单。8）测试基坐标系：将机器人切换到手动模式，在基坐标系下进行简单的运动，如沿X、Y、Z轴的正负方向移动。观察机器人的运动是否符合预期，确保基坐标系的基本方向定义正确，如图2-27所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐标系的创建图2-27基坐标系测试与验证任务实施（2）直接输入法的实施过程如下：1）选择“投入运行|测量|基坐标|数字输入”菜单命令，如图2-28所示。2）选择基坐标系统号，定义基坐标系名称，单击“继续”按钮确认，如图2-29所示。任务2.2｜KUKA机器人基坐