AR機(jī)器人介紹及應(yīng)用(上)

1、Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課繪圖：魏宇東核對：王菲核準(zhǔn)：編號：2016年10月16日Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課目錄 第一章 AR機(jī)器人基本知識第二章 機(jī)器人本體介紹 第三章 機(jī)器人示教器操作介紹Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課1.1機(jī)器人基本知識機(jī)器人基本知識“Robot”Robot”的來源的來源 1920 1920年，捷克作家年，捷克作家Karel CapekKarel Capek的科幻劇的科幻劇Rossums Rossums Universal RobotsUniversal Robots（羅

2、薩姆的萬能機(jī)器人），劇中描寫了一羅薩姆的萬能機(jī)器人），劇中描寫了一批能從事各項(xiàng)勞動(dòng)、聽命于人的機(jī)器，取名為批能從事各項(xiàng)勞動(dòng)、聽命于人的機(jī)器，取名為“Robota”Robota”（捷捷克語），含義為：克語），含義為：forced worker forced worker （奴隸）。奴隸）。 英語：英語：RobotRobot 德語：德語：RobotRobot 日語：日語： 俄語：俄語： 漢字：機(jī)器人漢字：機(jī)器人 Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課1.2 FOXBOT機(jī)器人的型號介紹機(jī)器人的型號介紹Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課1.3工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語自

3、由度（自由度（degree of freedomdegree of freedom， DOF DOF ）, ,物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度，對于自由剛體，具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度，對于自由剛體，具有6 6個(gè)自由度。通個(gè)自由度。通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人靈活性，對于焊接機(jī)器人常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人靈活性，對于焊接機(jī)器人一般具有一般具有5 56 6個(gè)自由度個(gè)自由度位姿（位姿（PosePose），），指工具的位置和姿態(tài)。指工具的位置和姿態(tài)。末端操作器（末端操作器（End EffectorEnd Effector），），位于機(jī)器人腕部末端，

4、直接執(zhí)行工作要求的裝置，如夾持器、焊位于機(jī)器人腕部末端，直接執(zhí)行工作要求的裝置，如夾持器、焊槍、焊鉗等槍、焊鉗等額定負(fù)載（額定負(fù)載（PayloadPayload），），也稱為持重也稱為持重弧焊機(jī)器人：弧焊機(jī)器人：5 52020kgkg點(diǎn)焊機(jī)器人：點(diǎn)焊機(jī)器人：5050200200kgkgMac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課1.3工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語工作空間（工作空間（Working SpaceWorking Space），），機(jī)器人工作時(shí)，其腕軸交點(diǎn)能在機(jī)器人工作時(shí)，其腕軸交點(diǎn)能在空間活動(dòng)的范圍。空間活動(dòng)的范圍。重復(fù)位姿精度（重復(fù)位姿精度（Pose Repeatabil

5、ityPose Repeatability），），在同一條件下，重復(fù)在同一條件下，重復(fù)N N次所測得的位姿一致程度。次所測得的位姿一致程度。軌跡重復(fù)精度（軌跡重復(fù)精度（Path RepeatabilityPath Repeatability），），沿同一軌跡跟隨沿同一軌跡跟隨N N次次，所測得的軌跡之間的一致程度所測得的軌跡之間的一致程度Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課1.4工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語奇異點(diǎn)（singularity）機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中，若第五軸角度為零，第四周與第六軸共線，在做逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，第四軸和第六軸的角度會(huì)產(chǎn)生無限多組解。這種位置在機(jī)器人學(xué)上稱

6、之為奇異點(diǎn)（singularity）Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.1機(jī)器人基本構(gòu)成機(jī)器人基本構(gòu)成l由 伺服馬達(dá)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)組成的 各環(huán)節(jié)每一個(gè)結(jié)合處是一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)或坐標(biāo)系。l機(jī) 器人系統(tǒng)的構(gòu)成1. 機(jī) 械單元2. 控 制軟件3. 控 制器4. 示 教器5. 外 圍設(shè)備。機(jī)器人本體機(jī)器人示敎器體機(jī)器人電控箱Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.2 機(jī)器人控制器基本構(gòu)成機(jī)器人控制器基本構(gòu)成l控 制器包含伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制板主機(jī)遠(yuǎn)程IO 板 轉(zhuǎn)換板等。使用者必須透過示教器或是利用周邊的控制界面來通過IO 或通訊口的連線

7、 將控制的需求傳遞給控制器 再由控制器的主機(jī)CPU 處理后 控制機(jī)器手臂。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.3 機(jī)器人控制控制系統(tǒng)功能機(jī)器人控制控制系統(tǒng)功能l示 教 -再現(xiàn)是使用示教器根據(jù)作業(yè)的需要把機(jī)器人的手爪送到作業(yè)所需要的位置上去 并處于所需要的姿態(tài) 然后把這一位置姿態(tài)存儲(chǔ)起來 對作業(yè)空間的各軌跡點(diǎn)重復(fù)上述操作 機(jī)器人把整個(gè)作業(yè)程序記憶下來。工作時(shí) 再現(xiàn)上述操作就能使機(jī)器人完成預(yù)定的作業(yè) 同時(shí)可以反復(fù)同樣的作業(yè)流程。機(jī)器人控制器的主要功能有示教再現(xiàn)功能和運(yùn)動(dòng)控制功能兩部分。l動(dòng) 控制功能是對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿速度加速度等項(xiàng)目的控制。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生

8、產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.4電控箱示意圖電控箱示意圖伺服驅(qū)動(dòng)器快關(guān)電源機(jī)器人電控箱IO板保護(hù)板制動(dòng)電阻Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.5 工控機(jī)示意圖工控機(jī)示意圖Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.6 示敎器示敎器l機(jī)器人的示教器采用機(jī)器人的示教器采用8.4英寸英寸TFT彩色液晶觸摸屏彩色液晶觸摸屏l機(jī)器人示教器的作用機(jī)器人示教器的作用 示敎器的作用包括點(diǎn)動(dòng)機(jī)器人、編寫機(jī)器人程序、示教試運(yùn)行機(jī)器人程序以及查看機(jī)器人的基本狀態(tài)等功能。操作界面急停按鈕使能按鈕模式選擇Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.7 機(jī)器人本體參數(shù)機(jī)器人本體參數(shù)Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝

9、課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.8 AR機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人的工作范圍為手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯某叽绾托螤钍嵌喾N多樣的，為了真實(shí)反映機(jī)器人的特征，這里是不安裝末端操作器時(shí)的工作區(qū)域機(jī)器人規(guī)格特性表1Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.8 AR機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人規(guī)格特性表2Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.9控制系統(tǒng)主要功能控制系統(tǒng)主要功能l1).示教再現(xiàn)功能l示 教 -再現(xiàn)是使用示教器根據(jù)作業(yè)的需要把機(jī)器人的手爪送到作業(yè)所需要的位置上去 并處于所需要的姿態(tài) 然后把這一位置姿態(tài)存儲(chǔ)起來 對作業(yè)空間的各軌跡點(diǎn)重復(fù)

10、上述操作 機(jī)器人把整個(gè)作業(yè)程序記憶下來。工作時(shí) 再現(xiàn)上述操作就能使機(jī)器人完成預(yù)定的作業(yè) 同時(shí)可以反復(fù)同樣的作業(yè)流程。l2).運(yùn)動(dòng)控制功能l運(yùn) 動(dòng) 控制功能是對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿速度加速度等項(xiàng)目的控制。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課2.10手動(dòng)操作機(jī)器人手動(dòng)操作機(jī)器人l1. 示 教器上的操作模式必須切換到手動(dòng)狀態(tài)。l2. 手 動(dòng)操作機(jī)器人的速度不能超過30% 否則會(huì)自動(dòng)設(shè)置為10%。l3. 手 動(dòng)操作機(jī)器人時(shí)必須同時(shí)按住示教器底部的使能開關(guān)。l具 體 操作步驟l1. 打 開程序 開啟伺服 將操作模式切換到手動(dòng)模式。l2. 選 擇合適的運(yùn)行速度(手動(dòng)狀態(tài)必須小于30%)。l

11、3. 選 擇所需的坐標(biāo)類型 直角坐標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 在直角坐標(biāo)系下還可以選擇工具坐標(biāo)系或者是工件坐標(biāo)系。l4. 選 擇運(yùn)動(dòng)模式 一般為自動(dòng)模式 如果需要微調(diào) 可以選擇點(diǎn)動(dòng)模式 以及點(diǎn)動(dòng)距離。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課基礎(chǔ)坐標(biāo)系WORK0(基礎(chǔ)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于底坐安裝面上第一軸軸向?yàn)樵赯方向,機(jī)器人正面的方向是X軸方向,用右手定則確定Y方向)用戶坐標(biāo)系WORK1WORK10(用戶相對于基礎(chǔ)坐標(biāo)系自定義的坐標(biāo)系)工具坐標(biāo)系及TCPTOOL0(利用工具的空間姿態(tài)來設(shè)定的坐標(biāo)系。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置叫工具中心點(diǎn)TCP(Tool Center Point),缺省的TCP位于六軸法蘭

12、的中心,Y軸從法蘭的中心到方向針孔方向?yàn)閅軸方向,Z軸法蘭的中心線方向)用戶自定義工具坐標(biāo)系TOOL1TOOL10(自定義Tool坐標(biāo)系幾乎總是可以通過工具的幾何尺寸計(jì)算得到)2.11 FOXBOT直角坐標(biāo)系的分類直角坐標(biāo)系的分類Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課機(jī)器人坐標(biāo)系介紹直角坐標(biāo)系介紹l使用P(X, Y, Z, RX, RY, RZ) 來表示機(jī)器人法蘭來表示機(jī)器人法蘭(flange) 位置位置(position) 與方位與方位(orientation)：其中X、Y、Z 表示法蘭中心的直角坐標(biāo)位置，而RX：RY：RZ 為法蘭相對于機(jī)器人本體的方位。此外另有一個(gè)參數(shù)FIG 可表

13、示機(jī)器人關(guān)節(jié)姿態(tài)(figure)。圖右為直角坐標(biāo)系及各坐標(biāo)分量示意圖。直角坐標(biāo)系Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課基礎(chǔ)坐標(biāo)系介紹基礎(chǔ)坐標(biāo)系介紹l基礎(chǔ)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于底坐安裝面上 第一軸軸向?yàn)閆 方向 機(jī)器人正面的方向是X 軸方向 用右手定則確定Y方向 基礎(chǔ)坐標(biāo)系的建立方法如右圖12 所示 圖13 為右手定則的使用方法。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課右手法則圖 13 右手定則Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課工件坐標(biāo)系介紹工件坐標(biāo)系介紹l件坐標(biāo)系固定在工件上 是由相對于基礎(chǔ)坐標(biāo)系的數(shù)值(X,Y,Z,RX,RY,RZ)來設(shè)定。l工 件 坐 標(biāo)系的建立有三

14、種方法l1. 直接輸入各個(gè)軸的偏移量, 圖14 為自定義工件坐標(biāo)系的界面l2. 通過三點(diǎn)示教法來建立工件坐標(biāo)系l3. 通過四點(diǎn)示教法建立工件坐標(biāo)系。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課工 具坐標(biāo)系(Tool Coordinate)介紹l工 具坐標(biāo)系是利用工具的空間姿態(tài)來設(shè)定的 如果該工具坐標(biāo)系的設(shè)定發(fā)生變化或者工具發(fā)生變化 則機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和姿態(tài)也將發(fā)生變化 默認(rèn)的工具坐標(biāo)系在六軸的法蘭面建立 如右圖所示工具坐標(biāo)系圖Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課l原 點(diǎn)校正步驟l將 fXMotion 要作校正的軸以手動(dòng)方式移至校正之角度(見表) (若為二、三和五軸可能需鬆剎車)l各

15、軸需用定位銷確保準(zhǔn)確定位。在系統(tǒng)準(zhǔn)備後 進(jìn)入菜單選項(xiàng) 圓點(diǎn)校正界面 選擇要作校l正的軸 然後按校正 校正完畢機(jī)器人程序會(huì)自動(dòng)關(guān)閉 需要手動(dòng)進(jìn)行重新啟動(dòng) 將本體以手動(dòng)方式l進(jìn)行原點(diǎn)回歸 原點(diǎn)默認(rèn)為變量J(J1=0 J2=0 J3=0 J4=0 J5=0 J6=0)位置 若為直立向上 則顯示校正正l確。l注注 意意 絕對編碼器的值記錄在絕對編碼器的值記錄在Parameters.mdb 中中請勿隨請勿隨意改動(dòng)意改動(dòng)Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課3.1 控制器啟動(dòng)步驟控制器啟動(dòng)步驟l當(dāng) 程序不需要繼續(xù)執(zhí)行， 或需要修改程序， 或手動(dòng)操作機(jī)器

16、人時(shí)， 要在手動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)系統(tǒng)。l步 驟 l1. 將 工作模式選擇為手動(dòng)模式l2. 打 開主電源l3. 啟 動(dòng) 工控機(jī)l4. 點(diǎn) 擊桌面機(jī)器人圖標(biāo)l5. 啟 動(dòng)后 將速度設(shè)定為25%以下 系統(tǒng)處于安全待機(jī)狀態(tài)。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課3.2 控制器關(guān)機(jī)步驟控制器關(guān)機(jī)步驟l1. 如 果 程序正在運(yùn)行 按機(jī)器人示敎器上的程序停止按鈕, 程序停止運(yùn)行l(wèi)2. 電機(jī)退出按鈕關(guān) 閉系統(tǒng)l3. 關(guān) 閉計(jì)算機(jī)l4. 將 工作模式選擇開關(guān)置于手動(dòng)模式l5. 關(guān) 閉控制器電源。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課示敎器示敎器Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課示敎器啟動(dòng)界

17、面示敎器啟動(dòng)界面示敎器啟動(dòng)后有fxMotion v4軟件、系統(tǒng)選項(xiàng)和退出系統(tǒng)三個(gè)選項(xiàng)。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課主面板主面板功能菜單工具菜單速度控制系統(tǒng)按鈕小鍵盤程序窗口狀態(tài)欄Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課工具菜單欄工具菜單欄位于主面板左側(cè)，會(huì)依照運(yùn)行模式的不同而有所變化。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課點(diǎn)位列表點(diǎn)位列表Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課點(diǎn)位示教點(diǎn)位示教點(diǎn)位示教有直角坐標(biāo)示教和軸坐標(biāo)示教兩種示教模式Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課l點(diǎn)位列表點(diǎn)位列表點(diǎn)位列表包括直角坐標(biāo)、軸坐標(biāo)和向量Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部

18、組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課直角坐標(biāo)點(diǎn)位列表直角坐標(biāo)點(diǎn)位列表 有直角坐標(biāo)和軸坐標(biāo)及向量三種選擇模式直角點(diǎn)位列表Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課坐標(biāo)系定義坐標(biāo)系定義坐標(biāo)系定義有work坐標(biāo)系、Tool坐標(biāo)系Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課手動(dòng)剎車手動(dòng)剎車l示教點(diǎn)位或校正時(shí)可能需要手動(dòng)推動(dòng)機(jī)械手臂到所需位置 此時(shí)需要松剎車。 選擇要松開剎車的軸，即可松開所選擇的軸的剎車。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課原 點(diǎn)校正通 過機(jī)器人原點(diǎn)校正可以得到機(jī)器人的絕對零點(diǎn)位置 機(jī)器人記錄了編碼器零點(diǎn)位置時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)以及單轉(zhuǎn)數(shù)值 然后通過讀取絕對編碼器就可以計(jì)算出當(dāng)前馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度 從而得到機(jī)器臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 選擇要校正的軸，然后選擇開始校正即可校正所選擇的軸原點(diǎn)。Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課系統(tǒng)選項(xiàng)界面系統(tǒng)選項(xiàng)界面Mac（I）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課）生產(chǎn)技術(shù)部組裝課IO控制面板IO類型切換系統(tǒng)占用有信號輸入輸入輸出端口各有64個(gè)端口，其中輸入端口有51個(gè)常用端口和13個(gè)系統(tǒng)占用