機(jī)器人的運(yùn)動軸和坐標(biāo)系ppt課件

1、1,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用,手動操縱工業(yè)機(jī)器人,主 編：蘭 虎,2,課前回顧,所,處,位,置,工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些,工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動和連續(xù)路徑運(yùn)動,課,前,回,顧,3,章節(jié)目錄,3.1 機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系,3.1.1 機(jī)器人運(yùn)動軸的名稱,3.1.2 機(jī)器人坐標(biāo)系的種類,3.2 認(rèn)識和使用示教器,思考練習(xí),學(xué)習(xí)目標(biāo),導(dǎo)入案例,擴(kuò)展與提高,課堂認(rèn)知,3.3 機(jī)器人安全操作規(guī)程,3.3.1 示教和手動機(jī)器人時(shí),3.3.2 再現(xiàn)和生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.1 移動方式,返回,3.4.2 典型坐標(biāo)系下的手動操作,目錄,本章小結(jié),4,學(xué)習(xí)目標(biāo),所,處,位,置,能夠熟練進(jìn)行機(jī)

2、器人坐標(biāo)系和運(yùn)動軸的選擇,學(xué),習(xí),目,標(biāo),掌握機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系,返回,目錄,認(rèn)知目標(biāo),能力目標(biāo),5,導(dǎo)入案例,所,處,Universal Robots 公司推出革命性的新型工業(yè)機(jī)器人,位,置,UR5 機(jī)器人自重很輕（僅 18.4 kg ），可以方便地在生產(chǎn)場地移動，而且不需要繁瑣的安裝與設(shè)置就可以迅速地融入到生產(chǎn)線中，與員工交互合作。編程過程可通過教學(xué)編程模式實(shí)現(xiàn)，用戶可以扶住 UR 機(jī)械臂，手動引導(dǎo)機(jī)械臂，按所需的路徑及移動模式運(yùn)行機(jī)械臂一次， UR 機(jī)器人就能自動記住移動路徑和模式。機(jī)器人通過一套獨(dú)特的、友好的圖形用戶界面操作，在觸摸屏幕上，有一系列范圍廣泛的功能讓用戶選擇。任何重復(fù)性

3、的生產(chǎn)過程，都能夠使用它并從中受益,導(dǎo),入,案,例,6,3.1 機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系,3.1.1 機(jī)器人運(yùn)動軸的名稱,所,處,位,通常機(jī)器人運(yùn)動軸按其功能可劃分為機(jī)器人軸、基座軸和工裝軸， 基座軸 和工裝軸 統(tǒng)稱 外部軸,置,機(jī)器人操作機(jī)（本體）的軸，屬,課,機(jī)器人軸,機(jī)器人操作機(jī)（本機(jī)）的軸，屬于機(jī)器人本身,堂,認(rèn),知,基座軸,工裝軸,機(jī)器人整體移動的軸，如行走軸（滑移平臺或?qū)к?機(jī)器人軸和基座軸以外的軸，指使工裝夾具翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)的軸,機(jī)器人系統(tǒng)中各個(gè)運(yùn)動軸的定義,7,3.1 機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系,所,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,A1 、 A2 和 A3 三軸（軸 1 、軸 2 和軸 3 ）稱

4、為基本軸或主軸， 用以保證末端執(zhí)行器達(dá)到工作空間的任意位置,A4 、 A5 和 A6 三軸（軸 4 、軸 5 和軸 6 ）稱為腕部軸或次軸， 用以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的任意空間姿態(tài),8,3.1.2 機(jī)器人坐標(biāo)系的種類,所,目前，大部分商用工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中，均可使用關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系， 而工具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系同屬于直角坐標(biāo)系范疇,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,TCP 為機(jī)器人系統(tǒng)控制點(diǎn)，出廠是默認(rèn)位于最后一個(gè)運(yùn)動軸或安裝法蘭的中心，安裝工具后 TCP 點(diǎn)將發(fā)生改變,9,所,1) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下，機(jī)器人各軸均可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)正向或反向運(yùn)動。對大范圍運(yùn)動，且不要求 TCP

5、 姿態(tài)的，可選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,處,位,置,軸名稱,軸類型,動作說明,動作圖示,ABB,FANUC,YASKAWA,KUKA,本體,課,軸 1,S 軸,J1,A1,左右回轉(zhuǎn),堂,認(rèn),知,主軸 （基本軸,大臂,軸 2,L 軸,J2,A2,上下運(yùn)動,小臂,軸 3,U 軸,J3,A3,前后運(yùn)動,手腕,軸 4,R 軸,J4,A4,回旋運(yùn)動,次軸,手腕,軸 5,B 軸,J5,A5,上下擺運(yùn)動,腕部軸,手腕,軸 6,T 軸,J6,A6,圓周運(yùn)動,10,所,2) 直角坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系,機(jī)器人示教與編程時(shí)經(jīng)常使用的坐標(biāo)系之一 ，原點(diǎn)定義在機(jī)器人安裝面與第一轉(zhuǎn)動軸的交點(diǎn)處， X 軸向前， Z軸向上，

6、Y 軸按右手法則確定,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,直角坐標(biāo)系原點(diǎn),11,所,直角坐標(biāo)系下的各軸動作,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,12,沿 X 軸平行移動,13,沿 Y 軸平行移動,14,所,3) 工具坐標(biāo)系 原點(diǎn)定義在 TCP 點(diǎn)，并且假定工具的有效方向?yàn)?X 軸（有些機(jī)器人廠商將工具的有效方向定義為 Z 軸），而 Y 軸、 Z 軸由右手法則確定。 在進(jìn)行相對于工件不改變工具姿態(tài)的平移操作時(shí)選用該坐標(biāo)系最為適宜,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,Y,X,Z,工具坐標(biāo)系原點(diǎn),15,工具坐標(biāo)系下的各軸動作,所,處,位,置,課,堂,認(rèn),知,16,所,處,4) 用戶坐標(biāo)系,可根據(jù)需要定義用戶坐標(biāo)系。 當(dāng)機(jī)器

7、人配備多個(gè)工作臺時(shí)，選擇用戶坐標(biāo)系可使操作更為簡單 。在用戶坐標(biāo)系中， TCP 點(diǎn)將沿用戶自定義的坐標(biāo)軸方向運(yùn)動,位,置,課,堂,認(rèn),知,用戶坐標(biāo)系原點(diǎn),17,用戶坐標(biāo)系下的各軸動作,18,3.1 機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系,不同的機(jī)器人坐標(biāo)系功能等同，即機(jī)器人在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下完成的動作，同樣可在直角坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn),所,處,位,提示,機(jī)器人在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的動作是單軸運(yùn)動，而在直角坐標(biāo)系下則是多軸聯(lián)動。除關(guān)節(jié)坐標(biāo)系以外，其他坐標(biāo)系均可實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)不變動作（只改變工具姿態(tài)而不改變 TCP 位置）在進(jìn)行機(jī)器人 TCP 標(biāo)定時(shí)經(jīng)常用到,置,課,堂,認(rèn),知,關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的單軸運(yùn)動,直角坐標(biāo)系下的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動,動作后

8、,動作中,動作前,動作中,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,3.2 認(rèn)識和使用示教器,所,處,位,置,課,堂,KUKA smartPAD,ABB FlexPendant,認(rèn),知,YASKAWA DX100,FANUC iPendant,返回,目錄,工業(yè)機(jī)器人行業(yè)四巨頭的最新示教器產(chǎn)品,16/34,34,3.2 認(rèn)識和使用示教器,示教器主要由 顯示屏 和各種操作 按鍵 組成，顯示屏主要有 4 個(gè)顯示區(qū)組成,所,處,位,置,菜單顯示區(qū),顯示操作屏主菜單和子菜單,通用顯示區(qū),在通用顯示區(qū)，可對作業(yè)程序、特性文件、各種設(shè)定進(jìn)行顯,課,示和編輯,堂

9、,認(rèn),知,狀態(tài)顯示區(qū) 顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，如動作坐標(biāo)系、機(jī)器人移動速度等。顯,示的信息根據(jù)控制柜的模式（示教或再現(xiàn)）不同而改變,人機(jī)對話顯示區(qū),在機(jī)器人示教或自動運(yùn)行過程中，顯示功能圖標(biāo)以及系,統(tǒng)錯(cuò)誤信息等,返回,目錄,17/34,35,3.2 認(rèn)識和使用示教器,示教器按鍵設(shè)置主要包括【急停鍵】、【安全開關(guān)】、【坐標(biāo)選擇鍵】,軸操作鍵】 / 【 Jog 鍵】、【速度鍵】、【光標(biāo)鍵】、【功能鍵】、【模式旋鈕,所,處,等,位,置,序號,按鍵名稱,按鍵功能,通過切斷伺服電源立刻停止機(jī)器人和外部軸操作,急停鍵,一旦按下，開關(guān)保持緊急停止?fàn)顟B(tài)；順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)解除緊急停止?fàn)顟B(tài),1,課,堂,在操作時(shí)確保操作者

10、的安全,認(rèn),只有安全開關(guān)被按到適中位置，伺服電源才能，機(jī)器人方可動作,安全開關(guān),知,2,一旦松開或按緊，切斷伺服電源，機(jī)器人立即停止運(yùn)動,手動操作時(shí)，機(jī)器人的動作坐標(biāo)選擇鍵,可在關(guān)節(jié)、直角、工具和用戶等常見坐標(biāo)系中選擇,坐標(biāo)選擇鍵,3,此鍵每按一次，坐標(biāo)系變化一次,對機(jī)器人各軸進(jìn)行操作的鍵,只有按住軸操作鍵，機(jī)器人才可動作,軸操作鍵,4,可以按住兩個(gè)或更多的鍵，操作多個(gè)軸,速度鍵,手動操作時(shí)，用這些鍵來調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動速度,5,光標(biāo)鍵,使用這些鍵在屏幕上按一定的方向移動光標(biāo),6,功能鍵,使用這些鍵可根據(jù)屏幕顯示執(zhí)行指定的功能和操作,7,返回,選擇機(jī)器人控制柜的模式（示教模式、再現(xiàn) / 自動模式

11、、遠(yuǎn)程 / 遙控模式等,目錄,模式旋鈕,8,18/34,36,3.3 機(jī)器人安全操作規(guī)程,3.3.1 示教和手動機(jī)器人時(shí),所,處,位,1 ）禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸掛重物,置,2 ）示教時(shí)請勿戴手套。穿戴和使用規(guī)定的工作服、安全鞋、安全帽、保護(hù)用具等,3 ）未經(jīng)許可不能擅自進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域。調(diào)試人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域時(shí)， 需,隨身攜帶示教器，以防他人誤操作,課,堂,4 ）示教前，需仔細(xì)確認(rèn)示教器的安全保護(hù)裝置是否能夠正確工作，如【急停鍵】,認(rèn),安全開關(guān)】等,知,5 ）在手動操作機(jī)器人時(shí)要采用較低的倍率速度以增加對機(jī)器人的控制機(jī)會,6 ）在按下示教器上的【軸操作鍵】之前要考慮到機(jī)器人的

12、運(yùn)動趨勢,7 ）要預(yù)先考慮好避讓機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，并確認(rèn)該路徑不受干涉,8 ）在察覺到有危險(xiǎn)時(shí)，立即按下【急停鍵】，停止機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn),返回,目錄,19/34,37,3.3 機(jī)器人安全操作規(guī)程,3.3.2 再現(xiàn)和生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),所,處,1 ）機(jī)器人處于自動模式時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)入機(jī)器人本體動作范圍內(nèi),位,置,2 ）在運(yùn)行作業(yè)程序前，須知道機(jī)器人根據(jù)所編程序?qū)⒁獔?zhí)行的全部任務(wù),3 ）使用由其他系統(tǒng)編制的作業(yè)程序時(shí)，要先跟蹤一遍確認(rèn)動作，之后再使用該程序,課,堂,4 ）須知道所有會左右機(jī)器人移動的開關(guān)、傳感器和控制信號的位置和狀態(tài),認(rèn),知,5 ）必須知道機(jī)器人控制器和外圍控制設(shè)備上的【急停鍵】的位置，準(zhǔn)備在緊急情

13、況,下按下這些按鈕,6 ）永遠(yuǎn)不要認(rèn)為機(jī)器人沒有移動，其程序就已經(jīng)完成，此時(shí)機(jī)器人很可能是在等,待讓它繼續(xù)移動的輸入信號,返回,目錄,20/34,38,3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.1 移動方式,所,處,位,1) 點(diǎn)動,置,點(diǎn)動機(jī)器人就是點(diǎn)按 / 微動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。每,點(diǎn)按或微動【軸操作鍵】一次機(jī)器人移動一段距離。 點(diǎn)動機(jī)器人主要用在,示教時(shí)離目標(biāo)位置較近的場合,課,堂,認(rèn),知,返回,目錄,點(diǎn)動機(jī)器人,21/34,39,3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.1 移動方式,所,處,位,2) 連續(xù)移動,置,連續(xù)移動機(jī)器人則是長按 / 撥動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。 連續(xù)

14、,移動機(jī)器人主要用在示教時(shí)離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)的場合,課,堂,認(rèn),知,返回,連續(xù)移動機(jī)器人,目錄,22/34,40,3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.2 典型坐標(biāo)系下的手動操作,所,處,1 ) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,位,置,關(guān)鍵步驟：系統(tǒng)上電開機(jī) A 工位機(jī)器人手動示教 選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 移動,機(jī)器人到 B 工位 / 旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)機(jī) B 工位機(jī)器人手動示教,課,堂,認(rèn),知,工位 B,工位 B,工位 A,工位 A,雙工位操作,雙工位 + 變位機(jī)操作,機(jī)器人外部軸的運(yùn)動控制，只能在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下進(jìn)行,返回,提示,目錄,23/34,41,3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.2 典型坐標(biāo)系下的手動操作,所,處,2 ) 直角坐標(biāo)系,

15、位,置,關(guān)鍵步驟：系統(tǒng)上電開機(jī) 選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 變換末端工具姿態(tài)至作業(yè)姿態(tài),選擇直角坐標(biāo)系 移動機(jī)器人至直線軌跡的開始點(diǎn) 選擇直角坐標(biāo)系的 Y 軸 移動,機(jī)器人至直線軌跡的結(jié)束點(diǎn),課,堂,認(rèn),運(yùn)動軌跡,知,z,y,x,機(jī)器人直線運(yùn)動軌跡,返回,目錄,24/34,42,3.4 手動移動機(jī)器人,3.4.2 典型坐標(biāo)系下的手動操作,所,處,3 ) 工具坐標(biāo)系,位,置,關(guān)鍵步驟： 選擇直角坐標(biāo)系 移動機(jī)器人到作業(yè)軌跡的結(jié)束點(diǎn) 選擇工,具坐標(biāo)系的 X 軸 移動機(jī)器人到一個(gè)安全位置,課,堂,認(rèn),動作后,知,動作前,末端工具規(guī)避動作,若設(shè)定工具的有效方向?yàn)楣ぞ咦鴺?biāo)系的 Z 軸，此時(shí)末端工具規(guī)避,返回,提示,

16、目錄,動作應(yīng)選 Z 軸進(jìn)行操作,25/34,43,3.4 手動移動機(jī)器人,手動移動機(jī)器人運(yùn)動，其基本操作流程可歸納：示教前的準(zhǔn)備和手動移動機(jī)器人,所,需要注意的是，手動操作機(jī)器人移動時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動數(shù)據(jù)將不被保存,處,位,開 始,置,裝夾工件,依次順序閉合電源設(shè)備開關(guān),示,打開機(jī)器人附屬作業(yè)系統(tǒng)電源,系統(tǒng)上電開機(jī),教,課,前,堂,打開機(jī)器人控制柜電源,的,認(rèn),準(zhǔn),登錄系統(tǒng),備,知,輸入用戶 ID 與口令,選擇“示教”模式,輕握【 安全開關(guān) 】接通,伺服電源,手,選擇機(jī)器人動作模式,動,移,設(shè)定機(jī)器人手動速度,動,手動操縱機(jī)器人,機(jī),選擇合適的機(jī)器人坐標(biāo)系,器,人,使用【 軸操作鍵 】選擇運(yùn)動軸,

17、移動機(jī)器人到目標(biāo)位置,返回,結(jié) 束,目錄,手動移動機(jī)器人操作流程,26/34,點(diǎn)動/步進(jìn),連續(xù)移動,單軸運(yùn)動,多軸協(xié)調(diào),44,機(jī)器人 TCP （工具中心點(diǎn)）標(biāo)定,工具坐標(biāo)系的準(zhǔn)確度直接影響機(jī)器人的軌跡精度。默認(rèn)工具坐標(biāo)系的原點(diǎn),所,處,位于機(jī)器人安裝法蘭的中心，當(dāng)接裝不同的工具（如焊槍）時(shí)，工具需獲得一,位,個(gè)用戶定義的直角坐標(biāo)系,置,擴(kuò),展,與,提,高,b) TCP 標(biāo)定,a) 未 TCP 標(biāo)定,返回,機(jī)器人工具坐標(biāo)系的標(biāo)定,目錄,27/34,45,機(jī)器人 TCP （工具中心點(diǎn)）標(biāo)定,所,目前，機(jī)器人工具坐標(biāo)系的標(biāo)定方法主要有 外部基準(zhǔn)法 和 多點(diǎn)標(biāo)定法,處,位,1) 外部基準(zhǔn)標(biāo)定法 只需要

18、使工具對準(zhǔn)某一測定好的外部基準(zhǔn)點(diǎn)，便可完成標(biāo)定,置,標(biāo)定過程快捷簡便。但這類標(biāo)定方法依賴于機(jī)器人外部基準(zhǔn),2) 多點(diǎn)標(biāo)定法,這類標(biāo)定包含工具中心點(diǎn)（ TCP ）位置多點(diǎn)標(biāo)定和工具坐標(biāo)系,TCF ）姿態(tài)多點(diǎn)標(biāo)定。 TCP 位置標(biāo)定是使幾個(gè)標(biāo)定點(diǎn) TCP 位置重合，從而計(jì)算出,擴(kuò),展,TCP ，如四點(diǎn)法； TCF 姿態(tài)標(biāo)定是使幾個(gè)標(biāo)定點(diǎn)之間具有特殊的方位關(guān)系，從而計(jì),與,算出工具坐標(biāo)系相對于末端關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的姿態(tài)，如五點(diǎn)法、六點(diǎn)法,提,高,TCP 六點(diǎn)法操作步驟,1 ）在機(jī)器人動作范圍內(nèi)找一個(gè)精確的固定點(diǎn)作為參考點(diǎn),2 ）在工具上確定一個(gè)參考點(diǎn)（最好是工具中心點(diǎn) TCP,3 ）移動工具參考點(diǎn)，以四種

19、不同的工具姿態(tài)盡可能與固定點(diǎn)剛好碰上,4 ）機(jī)器人控制柜通過前 4 個(gè)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)即可計(jì)算出 TCP 的位置，通過后 2 個(gè)點(diǎn),即可確定 TCP 的姿態(tài),5 ）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定工具的質(zhì)量和重心位置數(shù)據(jù),返回,目錄,28/34,46,機(jī)器人 TCP （工具中心點(diǎn)）標(biāo)定,所,處,位,置,a) 位置點(diǎn) 1,b) 位置點(diǎn) 2,c) 位置點(diǎn) 3,擴(kuò),展,與,提,高,z,x,d) 位置點(diǎn) 4,e) 位置點(diǎn) 5,f) 位置點(diǎn) 6,TCP 標(biāo)定過程,TCP 標(biāo)定操作要以次軸（腕部軸）為主,在參考點(diǎn)附近要降低速度，以免相撞,TCP 標(biāo)定后，可通過在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系以外的坐標(biāo)系中進(jìn)行控,提示,返回,目錄,制點(diǎn)不變動作檢

20、驗(yàn)標(biāo)定效果,29/34,47,機(jī)器人 TCP （工具中心點(diǎn)）標(biāo)定,如果使用搬運(yùn)類的夾具，其 TCP 設(shè)定方法如下,所,處,位,以搬運(yùn)物料袋的夾緊爪為例，其結(jié)構(gòu)對稱，重心在默認(rèn)工具坐標(biāo)系的 Z 方向偏移,置,一定距離，可在設(shè)置頁面直接手動輸入偏移量數(shù)值、質(zhì)量數(shù)據(jù),TCP,擴(kuò),展,與,提,高,夾緊爪 TCP 標(biāo)定,返回,目錄,30/34,48,本章小結(jié),所,處,通常可將機(jī)器人運(yùn)動軸分為本體軸和外部軸兩類,位,置,本體軸屬于機(jī)器人本身，外部軸包括基座軸和工裝軸,目前在大部分商用工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中，存在四類可,以使用的坐標(biāo)系：關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系、工具坐標(biāo),本,章,系和用戶坐標(biāo)系。其中，關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系在機(jī),小,結(jié),器人手動操作和作業(yè)示教中運(yùn)用最多,手動操縱工業(yè)機(jī)器人是通過手動操控示教器上的機(jī),器人運(yùn)動軸按鍵將機(jī)器人在某一或某幾個(gè)坐標(biāo)系下移動,到某個(gè)位置的方法。一般采用點(diǎn)動和連續(xù)移動兩種方式,來實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)動機(jī)器人主要用在離目標(biāo)位置較近的場合,而連續(xù)移動機(jī)器人則用在離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)的場合,返回,目錄,31/34,49,思考練習(xí),1 、填空,所,1) 一般來說，機(jī)器人運(yùn)動軸按其功能可劃分為 _ 、 _ 和工裝軸