智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 4-3 機(jī)器人坐標(biāo)系建立

XXXXX學(xué)院?jiǎn)卧虒W(xué)設(shè)計(jì)XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級(jí)：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標(biāo)題機(jī)器人坐標(biāo)系建立教學(xué)目的讓學(xué)生掌握不同坐標(biāo)系建立方法，并熟練運(yùn)用。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)（1）能根據(jù)實(shí)際需要正確建立工具坐標(biāo)系并進(jìn)行合理使用；（2）能根據(jù)實(shí)際需要正確建立用戶坐標(biāo)系并進(jìn)行合理使用。（1）掌握工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系建立的步驟和方法；（2）掌握工業(yè)機(jī)器人用戶坐標(biāo)系建立的步驟和方法；（3）理解機(jī)器人兩種坐標(biāo)系的應(yīng)用差異。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重難點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系建立方法解決方法：：理論講解，通過多媒體等手段解讀任務(wù)，視頻教學(xué)，提示學(xué)生如何攻破討論的問題。在學(xué)習(xí)過程中，緊密結(jié)合課程上機(jī)、實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐環(huán)節(jié)加深對(duì)機(jī)器人坐標(biāo)系建立的認(rèn)識(shí)和理解。參考資料[1]汪勵(lì),陳小艷.工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機(jī)器人編程、維護(hù)與外圍集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項(xiàng)萬明.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程(FANUC)初級(jí)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程與集成技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動(dòng)化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2023.單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（45min理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)問題根據(jù)上節(jié)所學(xué)工業(yè)機(jī)器人的不同坐標(biāo)系，請(qǐng)分別說明四種坐標(biāo)系各適用于哪種工況？請(qǐng)同學(xué)根據(jù)所學(xué)所識(shí)積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識(shí)的講授一、工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系建立機(jī)器人工具坐標(biāo)系的建立主要通過多點(diǎn)標(biāo)定法進(jìn)行確定。多點(diǎn)標(biāo)定法包括工具中心點(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。工具中心點(diǎn)（TCP）位置標(biāo)定是使幾個(gè)標(biāo)定點(diǎn)位置重合，從而計(jì)算出TCP，如四點(diǎn)法；TCF姿態(tài)標(biāo)定是使幾個(gè)標(biāo)定點(diǎn)之間有特殊的方位關(guān)系，從而計(jì)算出工具坐標(biāo)系相對(duì)于末端關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的姿態(tài)，如五點(diǎn)法、六點(diǎn)法。本節(jié)主要以三點(diǎn)法為例來介紹如何創(chuàng)建機(jī)器人工具坐標(biāo)系。（一）用三點(diǎn)法創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)系三點(diǎn)法是把工具中心點(diǎn)從機(jī)器人的法蘭中心移到了工具尖端，但坐標(biāo)方向則與法蘭坐標(biāo)方向一致，不能改變；下面具體介紹三點(diǎn)法創(chuàng)建工具坐標(biāo)系步驟。1、單擊示教器上的[MENU]（菜單）鍵，選擇“6設(shè)置→5坐標(biāo)系”，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵，界面如圖4-18所示。2、進(jìn)人設(shè)置坐標(biāo)系界面后進(jìn)行選擇坐標(biāo)系選擇。按下示教器上的[F3]（坐標(biāo)）鍵，選擇“工具坐標(biāo)系”，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵，如圖4-19所示。圖中可以選擇1-10號(hào)工具坐標(biāo)系進(jìn)行設(shè)定，本節(jié)選擇1號(hào)工具坐標(biāo)系設(shè)定。圖4-18示教器坐標(biāo)系進(jìn)入界面圖4-19示教器工具坐標(biāo)系選擇界面3、將光標(biāo)移動(dòng)到1號(hào)工具坐標(biāo)系，按下[F2]（詳細(xì)）鍵，進(jìn)入1號(hào)工具坐標(biāo)系設(shè)置界面。在界面中，可以獲取編號(hào)、注釋、坐標(biāo)點(diǎn)等信息，如圖4-20所示。將注釋注為“TEST1”，方便區(qū)分理解。圖4-20示教器工具坐標(biāo)系詳細(xì)信息界面圖4-21示教器工具坐標(biāo)系建立方法選擇界面4、按下示教器上的[F2]（方法）鍵，可以進(jìn)行工具坐標(biāo)系建立方法的選擇，此處選擇三點(diǎn)法，如圖4-21所示。5、進(jìn)入三點(diǎn)法創(chuàng)建工具坐標(biāo)系設(shè)置界面。需要設(shè)置3個(gè)接近點(diǎn)坐標(biāo)，如圖4-22所示。6、進(jìn)行第一個(gè)接近點(diǎn)設(shè)置。選擇合適的手動(dòng)操縱模式，一般關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系配合使用。操縱工業(yè)機(jī)器人需要設(shè)置的TCP點(diǎn)移動(dòng)到固定點(diǎn)，此處以方形端點(diǎn)處作為參考，如圖4-23（a）所示。當(dāng)點(diǎn)位固定后，光標(biāo)選擇示教器上的接近點(diǎn)1,按住[SHIFT]+[F5]（記錄）鍵，記錄接近點(diǎn)1坐標(biāo)，如圖4-23（b）所示。記錄完成后會(huì)顯示“已記錄”。圖4-22三點(diǎn)法設(shè)置界面（a）接近點(diǎn)1示教（b）設(shè)置界面記錄圖4-23接近點(diǎn)1設(shè)置方法7、選擇合適的手動(dòng)操縱模式，操縱工業(yè)機(jī)器人需要設(shè)置TCP的工具以另外一種姿態(tài)移動(dòng)到固定點(diǎn)，如圖4-24（a）所示。當(dāng)點(diǎn)位固定后，光標(biāo)選擇示教器上的接近點(diǎn)2,按住[SHIFT]+[F5]（記錄）鍵，記錄接近點(diǎn)2坐標(biāo)，如圖4-24（b）所示。8、參考步驟6，采用同樣的方法，更換機(jī)器人姿態(tài)，設(shè)置接近點(diǎn)3如圖4-25所示。（二）工具坐標(biāo)檢驗(yàn)1、在工具坐標(biāo)系界面中按下示教器[F5]（切換）鍵。界面會(huì)顯示“輸入坐標(biāo)系編號(hào)”。在對(duì)應(yīng)處輸人需要檢驗(yàn)的工具坐標(biāo)系，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵即可，如圖4-26（a）所示。2、將工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系選定為工具坐標(biāo)系，按下示教器上的[SHIFT]+[COORD]鍵，會(huì)出現(xiàn)圖4-26（a）所示的界面，然后按下[F4]（工具）鍵，即將坐標(biāo)系切換為1）中所選擇的工具坐標(biāo)系。（a）接近點(diǎn)2示教（b）設(shè)置界面記錄圖4-24接近點(diǎn)2設(shè)置方法（a）接近點(diǎn)3示教（b）設(shè)置界面記錄圖4-25接近點(diǎn)3設(shè)置方法（a）工具坐標(biāo)系列表（b）坐標(biāo)系切換圖4-26工具坐標(biāo)系調(diào)用3、操縱工業(yè)機(jī)器人，使TCP盡可能地靠近方塊尖端參考點(diǎn)，然后按下使能開關(guān)和[SHIFT]+[J4]、[J5]、[J6]鍵，檢驗(yàn)工業(yè)機(jī)器人的TCP是否準(zhǔn)確。整個(gè)過程中，如果TCP設(shè)置準(zhǔn)確的話，可以看到工具參考點(diǎn)與固定點(diǎn)始終保持接觸，不發(fā)生偏移，而工業(yè)機(jī)器人只會(huì)改變姿態(tài)，即TCP點(diǎn)和方塊尖端始終保持重合。注意：注意：工具坐標(biāo)示教三點(diǎn)法實(shí)質(zhì)：三點(diǎn)法實(shí)際不是指三個(gè)點(diǎn)，是機(jī)器人三個(gè)姿態(tài)變化后都能基本指向一個(gè)點(diǎn)。目的是在于告訴機(jī)器人系統(tǒng)，工具怎么變換姿態(tài)，其尖端工作點(diǎn)不變，從未把法蘭中心點(diǎn)移到工具中心點(diǎn)或尖端。二、工業(yè)機(jī)器人用戶坐標(biāo)系建立用戶坐標(biāo)系是擁有特定附加屬性的坐標(biāo)系，它可以適應(yīng)不同加工環(huán)境下進(jìn)行快速示教定點(diǎn)，為編程帶來方便。默認(rèn)的用戶坐標(biāo)系User0和世界（WORLD）坐標(biāo)系重合。下面以三點(diǎn)法為例進(jìn)行介紹。（一）用三點(diǎn)法創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人用戶坐標(biāo)系機(jī)器人用戶坐標(biāo)系需要根絕實(shí)際的工作情況進(jìn)行設(shè)定，從而方便使用者快速示教和編程。如圖4-27所示，桌面傾斜，為了方便在桌表面進(jìn)行示教，需要建立一個(gè)XY軸平面與桌面平行的用戶坐標(biāo)系，坐標(biāo)系各軸方向如圖所示。圖4-27用戶坐標(biāo)系示意圖三點(diǎn)法建立用戶坐標(biāo)系操作方法與上節(jié)共建坐標(biāo)系建立方法類似，下面具體介紹三點(diǎn)法創(chuàng)建工具坐標(biāo)系步驟。1、單擊示教器上的[MENU]（菜單）鍵，選擇“6設(shè)置→5坐標(biāo)系”，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵，界面如上節(jié)圖4-18所示。2、進(jìn)入設(shè)置坐標(biāo)系界面后進(jìn)行選擇坐標(biāo)系選擇。按下示教器上的[F3]（坐標(biāo)）鍵，選擇“用戶坐標(biāo)系”，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵，如圖4-28所示。3、進(jìn)入用戶坐標(biāo)系列表界面，其中可以選擇1-9號(hào)用戶坐標(biāo)系進(jìn)行設(shè)定，本節(jié)選擇1號(hào)坐標(biāo)系設(shè)定，如圖4-29所示。圖4-28示教器用戶坐標(biāo)系選擇界面圖4-29示教器用戶坐標(biāo)系列表界面4、將光標(biāo)移動(dòng)到1號(hào)用戶坐標(biāo)系，按下[F2]（詳細(xì)）鍵，進(jìn)入1號(hào)用戶坐標(biāo)系設(shè)置界面。在界面中，可以獲取編號(hào)、注釋、坐標(biāo)點(diǎn)等信息，如圖4-30所示?？梢詫⒆⑨屪椤癟EST2”，方便區(qū)分理解。5、按下示教器上的[F2]（方法）鍵，可以進(jìn)行工具坐標(biāo)系建立方法的選擇，此處選擇三點(diǎn)法。進(jìn)入三點(diǎn)法創(chuàng)建工具坐標(biāo)系設(shè)置界面，需要設(shè)置3個(gè)接近點(diǎn)坐標(biāo)，如圖4-31所示。6、將光標(biāo)移到坐標(biāo)原點(diǎn)，進(jìn)行第一個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置。選擇合適的手動(dòng)操縱模式，一般關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系配合使用。操縱工業(yè)機(jī)器人TCP點(diǎn)移動(dòng)到方形桌角處，同時(shí)保持夾具與桌面垂直，如圖4-32（a）所示。當(dāng)點(diǎn)位固定后，光標(biāo)選擇示教器界面上的坐標(biāo)原點(diǎn),按住[SHIFT]+[F5]（記錄）鍵，記錄原點(diǎn)坐標(biāo)，如圖4-32（b）所示。記錄完成后會(huì)顯示“已記錄”。圖4-301號(hào)用戶坐標(biāo)系詳細(xì)信息界面圖4-31三點(diǎn)法設(shè)置用戶坐標(biāo)系界面7、選擇合適的手動(dòng)操縱模式，操縱工業(yè)機(jī)器人沿著桌面邊緣移動(dòng)，如圖4-33（a）所示。移動(dòng)過程中，采用世界坐標(biāo)系進(jìn)行移動(dòng)，從而可以更好地保證工具與桌面的垂直關(guān)系。當(dāng)點(diǎn)位固定后，光標(biāo)選擇示教器上的Y方向點(diǎn),按住[SHIFT]+[F5]（記錄）鍵，記錄Y方向點(diǎn)坐標(biāo)，如圖4-33（b）所示。記錄完成后會(huì)顯示“已記錄”。8、選擇合適的手動(dòng)操縱模式，操縱工業(yè)機(jī)器人沿著桌面邊緣移動(dòng)，如圖4-34（a）所示。過程中，可先將光標(biāo)移動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)，按住[SHIFT]+[F4]（移至）鍵，機(jī)器人會(huì)移動(dòng)到原先設(shè)置的坐標(biāo)原點(diǎn)位置，再選擇世界坐標(biāo)系，將機(jī)器人進(jìn)行平移，平移過程中機(jī)器人始終保持原有與桌面的姿態(tài)關(guān)系。當(dāng)點(diǎn)位到達(dá)后，光標(biāo)選擇示教器上的X方向點(diǎn),按住[SHIFT]+[F5]（記錄）鍵，記錄X方向點(diǎn)坐標(biāo)，如圖4-34（b）所示。記錄完成后會(huì)顯示“已記錄”。（a）機(jī)器人位置姿態(tài)（b）坐標(biāo)點(diǎn)記錄界面圖4-32用戶坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置方法（a）機(jī)器人位置姿態(tài)（b）坐標(biāo)點(diǎn)記錄界面圖4-33用戶坐標(biāo)系Y方向點(diǎn)設(shè)置方法（二）用戶坐標(biāo)系檢驗(yàn)1、在用戶坐標(biāo)系界面中按下示教器[F5]（切換）鍵，輸入需要檢驗(yàn)的用戶坐標(biāo)系，然后按下示教器上的[ENTER]（確定）鍵即可，如圖4-35（a）所示。2、將工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系選定為用戶坐標(biāo)系。按下示教器上的[SHIFT]+[COORD]鍵，出現(xiàn)圖4-35(b)所示的界面。然后按下[F5]（用戶）鍵即可。3、操縱工業(yè)機(jī)器人沿X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)，檢查用戶坐標(biāo)系的方向設(shè)定是否有偏差，即是否沿著桌面邊線移動(dòng)。若偏差不符合要求，重復(fù)以上設(shè)定的所有步驟。（a）機(jī)器人位置姿態(tài)（b）坐標(biāo)點(diǎn)記錄界面圖4-34用戶坐標(biāo)系X方向點(diǎn)設(shè)置方法（a）用戶坐標(biāo)系列表（b）坐標(biāo)系切換圖4-35用戶坐標(biāo)系調(diào)用【步驟二】任務(wù)實(shí)施