《工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)與編程詳解》- 課件 蘭虎 第4-6章 再接再厲機(jī)器人工具和工件坐標(biāo)系 - 大顯身手機(jī)器人高級任務(wù)編程

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)與編程詳解浙江省普通本科高?！笆奈濉敝攸c(diǎn)立項(xiàng)建設(shè)教材第4章

再接再厲，機(jī)器人工具和工件坐標(biāo)系項(xiàng)目任務(wù)第4章

再接再厲，機(jī)器人工具和工件坐標(biāo)系學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖知識講解典型案例國之重器任務(wù)4.1機(jī)器人工具坐標(biāo)系任務(wù)4.2機(jī)器人工件坐標(biāo)系拓展閱讀本章小結(jié)知識測評4.1.1

機(jī)械接口坐標(biāo)系4.1.2工具坐標(biāo)系4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法4.1.4工具坐標(biāo)系指令4.2.1

機(jī)座坐標(biāo)系4.2.2工件坐標(biāo)系4.2.3工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法4.2.4工件坐標(biāo)系指令學(xué)習(xí)目標(biāo)本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠闡明機(jī)械接口坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系、機(jī)座坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。能夠歸納機(jī)器人工具、工件坐標(biāo)系設(shè)置的流程，運(yùn)用三點(diǎn)（接觸）法和直接輸入法設(shè)置機(jī)器人工具、工件坐標(biāo)系。知識學(xué)習(xí)素養(yǎng)提升培養(yǎng)學(xué)生腳踏實(shí)地、耐心鉆研的品質(zhì)，提升其問題解決能力。培養(yǎng)學(xué)生用發(fā)展的眼光看待事物發(fā)展，促進(jìn)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體觀念的建立。技能訓(xùn)練能夠適時選擇合適的機(jī)器人點(diǎn)動坐標(biāo)系調(diào)整機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿。能夠熟練使用示教盒查看和切換機(jī)器人工具、工件坐標(biāo)系。能夠調(diào)用坐標(biāo)系指令完成機(jī)器人工具、工件坐標(biāo)系初始化。返回目錄1/43學(xué)習(xí)導(dǎo)圖返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)2/43國之重器本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)工業(yè)機(jī)器人視覺機(jī)器人和巡檢機(jī)器人在洞室內(nèi)進(jìn)行自動巡航，通過搭載的高清攝像頭和傳感器，實(shí)時監(jiān)測洞室的內(nèi)部環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模瑸楣こ虥Q策提供科學(xué)依據(jù)。智能巡檢機(jī)器人搭載著紅外熱像儀與高清攝像機(jī)、拾音器、局放探測器等設(shè)備，可以在無人值守的情況下對全站所有設(shè)備、設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。水電站水下檢修專用機(jī)器人具備水下攝像、掃描、打撈、測量、清理、切割等多種“特技”，有效解決了在大水深、復(fù)雜水流條件下水下檢查和作業(yè)難題。

在水利水電工程建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)水能發(fā)電最大化是重難點(diǎn)所在，其需要在水下、地下、巖石上等高危地區(qū)獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)解決了這一難題，其成為測試數(shù)據(jù)的“安全員”。3/43返回目錄請動動你的小手掃描書本二維碼吧！4.1.1機(jī)械接口坐標(biāo)系返回目錄機(jī)械接口坐標(biāo)系（mechanicalinterfacecoordinatesystem，MICS）是參照機(jī)器人本體末端機(jī)械接口而定義的笛卡兒坐標(biāo)系。是機(jī)器人制造商開展機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的研究對象，以便確定機(jī)器人本體的工作空間和路徑速度等技術(shù)參數(shù)范圍。工業(yè)機(jī)器人本體軸在機(jī)械接口坐標(biāo)系中的運(yùn)動基本為多軸聯(lián)動，且能夠?qū)崿F(xiàn)繞坐標(biāo)系原點(diǎn)（Om）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動。不過，與世界等坐標(biāo)系不同的是，機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向在機(jī)器人運(yùn)動過程中是變化的，見下表。本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)4/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿X軸移動X軸4.1.1機(jī)械接口坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)5/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動

沿Y軸移動Y軸沿Z軸移動Z軸

（續(xù)）4.1.1機(jī)械接口坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)6/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例轉(zhuǎn)動繞X軸轉(zhuǎn)動W軸繞Y軸轉(zhuǎn)動P軸繞Z軸轉(zhuǎn)動R軸

（續(xù)）4.1.2工具坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)工具坐標(biāo)系（toolcoordinatesystem，TCS）是機(jī)器人現(xiàn)場工程師參照機(jī)械接口坐標(biāo)系（MICS）而定義的三維空間正交坐標(biāo)系。也就是說，工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）和坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）的設(shè)置是相對機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Om）和坐標(biāo)軸方向（+Xm、+Ym、+Zm）的。在未設(shè)置前，工具坐標(biāo)系與機(jī)械接口坐標(biāo)系重合，如下圖。7/43工具坐標(biāo)系與機(jī)械接口坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)4.1.2工具坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)同為直角坐標(biāo)系，工業(yè)機(jī)器人本體軸在工具坐標(biāo)系中的運(yùn)動基本仍為多軸聯(lián)動，且能夠?qū)崿F(xiàn)繞坐標(biāo)系原點(diǎn)（Ot）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動。與機(jī)械接口坐標(biāo)系相似，工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向在機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)過程中通常是變化的，如下表。工具坐標(biāo)系適用于點(diǎn)動工業(yè)機(jī)器人沿工具所指方向移動或繞工具中心點(diǎn)（TCP）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動，以及工具橫向擺動和運(yùn)動軌跡平移等場合。8/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿X軸移動X軸4.1.2工具坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)9/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿Y軸移動Y軸沿Z軸移動Z軸（續(xù)）4.1.2工具坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)10/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例轉(zhuǎn)動繞X軸轉(zhuǎn)動W軸繞Y軸轉(zhuǎn)動P軸繞Z軸轉(zhuǎn)動R軸(續(xù)）4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）設(shè)置緣由11/43工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制的關(guān)鍵點(diǎn)是工具中心點(diǎn)（TCP）或工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）。那么，在不正確設(shè)置工具坐標(biāo)系的情況下，工業(yè)機(jī)器人的示教與再現(xiàn)將會遇到哪些棘手問題？通過下表中描述的三個場景，闡明機(jī)器人工具坐標(biāo)系的設(shè)置理由。場景場景描述設(shè)置前設(shè)置后任務(wù)示教在機(jī)器人任務(wù)示教過程中，當(dāng)工具坐標(biāo)系尚未設(shè)置或參數(shù)丟失而未正確設(shè)置時，機(jī)器人末端執(zhí)行器作業(yè)姿態(tài)的調(diào)整無法通過繞TCP定點(diǎn)轉(zhuǎn)動快捷實(shí)現(xiàn)。繞默認(rèn)工具坐標(biāo)系Yt軸轉(zhuǎn)動，無法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)調(diào)姿（重定向）繞工具坐標(biāo)系Yt軸轉(zhuǎn)動，可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)調(diào)姿（重定向）4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)12/43場景場景描述設(shè)置前設(shè)置后程序測試當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)程序時，若遇到末端執(zhí)行器更換而工具坐標(biāo)系參數(shù)不變，以及工具坐標(biāo)系參數(shù)未正確設(shè)置等情況，此時極易發(fā)生機(jī)器人末端執(zhí)行器與工件碰撞、動作不可達(dá)等現(xiàn)象而導(dǎo)致停機(jī)。視覺導(dǎo)引當(dāng)利用機(jī)器視覺進(jìn)行尋位、跟蹤等自適應(yīng)作業(yè)時，倘若機(jī)器人工具坐標(biāo)系參數(shù)尚未正確設(shè)置，機(jī)器人視覺導(dǎo)引糾偏容易導(dǎo)致末端執(zhí)行器與工件發(fā)生碰撞，以及動作不可達(dá)等現(xiàn)象。更換機(jī)器人焊槍，但TCP保持不變，實(shí)到位姿存在偏差。調(diào)整換槍后的TCP參數(shù)，實(shí)到位姿與指令位姿一致機(jī)器人TCP參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，視覺尋位存在偏差。機(jī)器人TCP參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確，視覺尋位精度高。（續(xù)）4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)（2）設(shè)置方法13/43機(jī)器人工具坐標(biāo)系的設(shè)置除要求重定義坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）外，很多場景還要求同時重定義坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）和坐標(biāo)軸的方向（+Xt、+Yt、+Zt）。目前，常用的機(jī)器人工具坐標(biāo)系手動設(shè)置方法包括三點(diǎn)（接觸）法、六點(diǎn)（接觸）法和直接輸入法三種，如下表。序號1設(shè)置方法方法要領(lǐng)重定義要素適用場景1

三點(diǎn)（接觸法）點(diǎn)動機(jī)器人以三種不同的手臂（腕）姿態(tài)指向并接觸同一外部（尖端）參照點(diǎn)。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）機(jī)器人搬運(yùn)、機(jī)器人上下料、機(jī)器人碼垛等。2

六點(diǎn)（接觸法）點(diǎn)動機(jī)器人以三種不同的手臂（腕）姿態(tài)指向并接觸同一外部（尖端）參照點(diǎn)，同時點(diǎn)動機(jī)器人以同一外部（尖端）參照點(diǎn)為基準(zhǔn)重定義坐標(biāo)軸方向。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）和坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）機(jī)器人焊接、機(jī)器人涂膠、機(jī)器人磨拋等。3

直接輸入法在工具坐標(biāo)系（詳細(xì)）參數(shù)配置界面，依次輸入相對機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點(diǎn)偏移量和坐標(biāo)軸方向偏轉(zhuǎn)量。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）或/和坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）批量調(diào)試或已知機(jī)器人末端執(zhí)行器的幾何尺寸等。4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)14/43以FANUC機(jī)器人為例，當(dāng)采用六點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工具坐標(biāo)系時，現(xiàn)場工程師需要操控機(jī)器人以三種不同的手臂（腕）姿態(tài)指向并接觸同一外部尖端點(diǎn)（如銷針），同時重定義工具坐標(biāo)系的X軸起點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Z軸（或Y軸）方向點(diǎn)，如下圖所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)基于上述六點(diǎn)位姿信息，自動計(jì)算生成新的工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Ot）和坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）。六點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工具坐標(biāo)系請動動你的小手掃描書本二維碼吧！4.1.3工具坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)15/43待系統(tǒng)自動生成機(jī)器人工具坐標(biāo)系參數(shù)后，現(xiàn)場工程師應(yīng)根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求，通過繞外部（尖端）參照點(diǎn)轉(zhuǎn)動檢驗(yàn)工具坐標(biāo)系原點(diǎn)（Ot）的精度，以及定向移動檢驗(yàn)坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）的精度。（a)坐標(biāo)系原點(diǎn)（b)坐標(biāo)軸方向

工具坐標(biāo)系的精度檢驗(yàn)請動動你的小手掃描書本二維碼吧！4.1.4工具坐標(biāo)系指令返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動指令的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)是現(xiàn)場工程師任務(wù)編程時所選工具坐標(biāo)相對工件（用戶）坐標(biāo)的機(jī)器人工具中心點(diǎn)（TCP）空間位姿，此指令要素內(nèi)涵通過機(jī)器人搬運(yùn)、上下料和碼垛任務(wù)編程讀者已獲得深刻認(rèn)知。因此，為提高任務(wù)程序的可靠性，通常應(yīng)在程序初始化部分調(diào)用機(jī)器人工具坐標(biāo)系指令（序列），包括工具坐標(biāo)系設(shè)置指令和選擇指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人坐標(biāo)系參數(shù)的生成和坐標(biāo)系編號的切換，如下表。16/43序號坐標(biāo)系指令指令功能指令示例（FANUC）1工具坐標(biāo)系設(shè)置指令改變所指定的工具坐標(biāo)系號碼的工具坐標(biāo)系參數(shù)，該功能與三點(diǎn)（接觸）法、六點(diǎn)（接觸）法和直接輸入法相同。格式：UTOOL[工具坐標(biāo)系號碼]=PR[位置寄存器號碼]示例：PR[100]=LPOSPR[100]=PR[100]-PR[100]PR[100，1]=192PR[100，3]=164UTOOL[1]=PR[100]//將位置寄存器PR[100]中存儲的坐標(biāo)系原點(diǎn)偏移量賦值給編號為1的工具坐標(biāo)系。4.1.4工具坐標(biāo)系指令返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)17/43序號坐標(biāo)系指令指令功能指令示例（FANUC）2

工具坐標(biāo)系選擇指令改變當(dāng)前所選的工具坐標(biāo)系號碼。格式：UTOOL_NUM=工具坐標(biāo)系號碼（1～10）示例：UTOOL_NUM=1JP[1]80%FINEJP[2]30%CNT10//參考點(diǎn)LP[3]50cm/minFINE//抓取點(diǎn)LP[2]50cm/minCNT10//參考點(diǎn)UTOOL_NUM=2JP[4]80%FINEJP[5]30%CNT10//參考點(diǎn)LP[6]50cm/minFINE//釋放點(diǎn)LP[5]50cm/minCNT10//參考點(diǎn)//切換工具編號完成機(jī)器人上下料作業(yè)

（續(xù)）請動動你的小手掃描書本二維碼吧！典型案例返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)機(jī)器人工具坐標(biāo)系設(shè)置本案例采用六點(diǎn)（接觸）法設(shè)置焊接機(jī)器人工具坐標(biāo)系。在此過程中，通過點(diǎn)動機(jī)器人在機(jī)械接口坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系中運(yùn)動，認(rèn)知機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動軸在上述點(diǎn)動坐標(biāo)系中的運(yùn)動特點(diǎn)和調(diào)姿規(guī)律，明晰兩者的內(nèi)在關(guān)聯(lián)及區(qū)別，為后續(xù)機(jī)器人焊接等工具姿態(tài)調(diào)姿和運(yùn)動軌跡編程奠定基礎(chǔ)。18/43

焊接機(jī)器人工具坐標(biāo)系設(shè)置示意請動動你的小手掃描書本二維碼吧！策略分析返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)完整的焊接機(jī)器人工具坐標(biāo)系設(shè)置過程包括坐標(biāo)系參數(shù)計(jì)算（或輸入）、坐標(biāo)系編號選擇和坐標(biāo)系精度檢驗(yàn)三個步驟，具體流程如圖所示。其中，工具坐標(biāo)系參數(shù)計(jì)算是通過記憶同一外部（尖端）參照點(diǎn)的三種不同手臂（腕）姿態(tài)，以及坐標(biāo)系的X軸起點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Z軸方向點(diǎn)。待新設(shè)置的坐標(biāo)系參數(shù)計(jì)算生成及編號選擇完畢，現(xiàn)場工程師可以從坐標(biāo)系原點(diǎn)（Ot）和坐標(biāo)軸方向（+Xt、+Yt、+Zt）兩個方面分別檢驗(yàn)機(jī)器人工具坐標(biāo)系的設(shè)置精度，如右圖所示。19/43六點(diǎn)（接觸）法設(shè)置焊接機(jī)器人工具坐標(biāo)系的流程場景延伸返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)一焊件之端面與另一焊件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭，稱之為T形接頭。T形接頭是建筑、橋梁、船舶等鋼結(jié)構(gòu)焊接制造最為常見的接頭形式之一。根據(jù)焊縫所處位置或承受載荷大小，T形接頭包括I形坡口角焊縫（非承載焊縫）和單邊V形、J形、K形、雙J形對接焊縫（承載焊縫）兩種。嘗試使用典型案例中設(shè)置的工具坐標(biāo)系點(diǎn)動機(jī)器人，模仿T形接頭角焊縫（I形坡口，對稱焊接）線狀焊道運(yùn)動軌跡編程時的機(jī)器人焊槍位姿調(diào)整。20/43點(diǎn)動機(jī)器人沿T形接頭角焊縫移動（工具坐標(biāo)系）場景延伸返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)在點(diǎn)動機(jī)器人過程中，要求機(jī)器人作業(yè)時的焊槍姿態(tài)保持行進(jìn)角Aα=65°～80°、工作角Bβ=45°保持行進(jìn)角Aα=65°～80°、工作角Bβ=45°。21/43T形接頭角焊縫的機(jī)器人焊槍姿態(tài)4.2.1機(jī)座坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)機(jī)座坐標(biāo)系（basecoordinatesystem，BCS）是在工業(yè)機(jī)器人機(jī)座上的直角坐標(biāo)系。同為直角坐標(biāo)系，工業(yè)機(jī)器人本體軸在機(jī)座坐標(biāo)系中的運(yùn)動基本為多軸聯(lián)動，且能夠?qū)崿F(xiàn)繞工具中心點(diǎn)（TCP）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動。與機(jī)械接口坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系截然不同的是，機(jī)座坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向在機(jī)器人運(yùn)動過程中是恒定不變的，見下表。機(jī)座坐標(biāo)系適用于點(diǎn)動工業(yè)機(jī)器人在笛卡兒空間移動且機(jī)器人工具姿態(tài)保持不變，以及繞工具中心點(diǎn)（TCP）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的場合。22/43

運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿X軸移動X軸

運(yùn)動類型

軸名稱

動作示例

轉(zhuǎn)動

繞X軸轉(zhuǎn)動W軸4.2.1機(jī)座坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)23/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿Y軸移動Y軸沿Z軸移動Z軸運(yùn)動類型軸名稱動作示例轉(zhuǎn)動

繞Y軸轉(zhuǎn)動P軸

繞Z軸轉(zhuǎn)動R軸（續(xù)）4.2.2工件坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)工件坐標(biāo)系（objectcoordinatesystem，OCS）是機(jī)器人現(xiàn)場工程師參照作業(yè)對象并相對機(jī)座坐標(biāo)系（BCS）自定義的三維空間正交坐標(biāo)系，又稱用戶坐標(biāo)系。同在機(jī)座坐標(biāo)系中的運(yùn)動規(guī)律相似，點(diǎn)動機(jī)器人本體軸在工件坐標(biāo)系中的運(yùn)動基本為多軸聯(lián)動，且能夠?qū)崿F(xiàn)繞工具中心點(diǎn)（TCP）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動調(diào)整工具姿態(tài)，見下表。工件坐標(biāo)系適用于點(diǎn)動工業(yè)機(jī)器人沿作業(yè)路徑（平行）移動或繞路徑點(diǎn)定點(diǎn)轉(zhuǎn)動，以及運(yùn)動軌跡平移和鏡像等高級任務(wù)編程場合。24/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿X軸移動X軸運(yùn)動類型軸名稱動作示例

轉(zhuǎn)動繞X軸轉(zhuǎn)動W軸4.2.2工件坐標(biāo)系返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)25/43運(yùn)動類型軸名稱動作示例移動沿Y軸移動Y軸

沿Z軸移動Z軸運(yùn)動類型軸名稱動作示例

轉(zhuǎn)動

繞Y軸轉(zhuǎn)動P軸

繞Y軸轉(zhuǎn)動

R軸（續(xù)）4.2.3工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)在實(shí)際任務(wù)編程或工藝調(diào)試過程中，工件坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，方便調(diào)整或查閱機(jī)器人工具中心點(diǎn)（TCP）的位姿，確定工件、托盤和帶式輸送機(jī)等傾斜方向，便于平行工件移動或平行臺面抓取（或釋放）等作業(yè)。與機(jī)器人工具坐標(biāo)系設(shè)置方法近似，現(xiàn)場工程師可以采用三點(diǎn)（接觸）法、四點(diǎn)（接觸）法和直接輸入法手動設(shè)置機(jī)器人工件坐標(biāo)系，如下表。26/43序號設(shè)置方法方法要領(lǐng)重定義要素適用場景

1

三點(diǎn)（接觸）法

參照作業(yè)對象，依次點(diǎn)動機(jī)器人移至坐標(biāo)系原點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn)。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Oj）和坐標(biāo)軸方向（+Xj、+Yj、+Zj）。作業(yè)對象空間滿足坐標(biāo)軸方向定義對機(jī)器人移動距離要求4.2.3工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)27/43序號設(shè)置方法方法要領(lǐng)重定義要素適用場景

2

四點(diǎn)（接觸）法參照作業(yè)對象，依次點(diǎn)動機(jī)器人移至坐標(biāo)系原點(diǎn)、X軸起點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn).工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Oj）和坐標(biāo)軸方向（+Xj、+Yj、+Zj）。作業(yè)對象空間受限，無法滿足坐標(biāo)軸方向定義對機(jī)器人移動距離要求等。

3直接輸入法在工件坐標(biāo)系（詳細(xì)）參數(shù)配置界面，依次輸入相對機(jī)座坐標(biāo)系的原點(diǎn)偏移量和坐標(biāo)軸方向偏轉(zhuǎn)量。批量調(diào)試或已知機(jī)器人末端執(zhí)行器的幾何尺寸等。（續(xù)）4.2.3工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)28/43由上表可見，三點(diǎn)（接觸）法和四點(diǎn)（接觸）法設(shè)置工件坐標(biāo)系的基本原則是：點(diǎn)動機(jī)器人以相同的工具指向依次接觸坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn)等。不過，不同品牌的機(jī)器人工件坐標(biāo)系設(shè)置過程略有差異。以FANUC機(jī)器人為例，當(dāng)采用三點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工件坐標(biāo)系時，現(xiàn)場工程師需要操控機(jī)器人以相同的工具指向（如豎直向下），重定義工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn)，如下圖所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)基于上述三點(diǎn)位姿信息，自動計(jì)算生成新的工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)（Oj）和坐標(biāo)軸方向（+Xj、+Yj、+Zj）。(a)坐標(biāo)系原點(diǎn)（b）X軸方向點(diǎn)（c）Y軸方向點(diǎn)三點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工件坐標(biāo)系4.2.3工件坐標(biāo)系的設(shè)置方法返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)29/43待系統(tǒng)自動生成機(jī)器人工件坐標(biāo)系參數(shù)后，現(xiàn)場工程師應(yīng)根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求，通過定向移動檢驗(yàn)坐標(biāo)軸方向（+Xj、+Yj、+Zj）的精度，如右圖所示。工件坐標(biāo)系的精度檢驗(yàn)（坐標(biāo)軸方向）與三點(diǎn)（接觸）法依次接觸工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn)略有不同，四點(diǎn)（接觸）法需要逐次接觸工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸起點(diǎn)、X軸方向點(diǎn)和Y軸方向點(diǎn)，具體點(diǎn)位信息如下圖所示。4.2.4工件坐標(biāo)系指令返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)同工件坐標(biāo)系指令的調(diào)用類似，為提高機(jī)器人任務(wù)程序的可靠性，通常應(yīng)在程序初始化部分調(diào)用機(jī)器人工件坐標(biāo)系指令（序列），包括工件坐標(biāo)系設(shè)置指令和選擇指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工件坐標(biāo)系參數(shù)的生成和坐標(biāo)系編號的切換，見下表。30/43序號坐標(biāo)系指令指令功能指令示例（FANUC）1

工件（用戶）坐標(biāo)系設(shè)置指令改變所指定的工件（用戶）坐標(biāo)系號碼的工件（用戶）坐標(biāo)系參數(shù)，該功能與三點(diǎn)（接觸）法、四點(diǎn)（接觸）法和直接輸入法相同格式：UFRAME[工件（用戶）坐標(biāo)系號碼]=PR[位置寄存器號碼]示例：PR[100]=LPOSPR[100]=PR[100]-PR[100]PR[100，1]=192PR[100，3]=164UFRAME[1]=PR[100]//將位置寄存器PR[100]中存儲的坐標(biāo)系原點(diǎn)偏移量賦值給編號為1的工件（用戶）坐標(biāo)系請動動你的小手掃描書本二維碼吧！4.2.4工件坐標(biāo)系指令返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)31/43序號坐標(biāo)系指令指令功能指令示例（FANUC）2工件（用戶）坐標(biāo)系選擇指令改變當(dāng)前所選的工件（用戶）坐標(biāo)系號碼格式：UFRAME_NUM=工具坐標(biāo)系號碼（0～9）示例：UFRAME_NUM=1JP[1]80%FINEJP[2]30%CNT10//參考點(diǎn)LP[3]50cm/minFINE//抓取點(diǎn)LP[2]50cm/minCNT10//參考點(diǎn)UFRAME_NUM=2JP[4]80%FINEJP[5]30%CNT10//參考點(diǎn)LP[6]50cm/minFINE//釋放點(diǎn)LP[5]50cm/minCNT10//參考點(diǎn)//切換工件（用戶）編號完成機(jī)器人上下料作業(yè)

（續(xù)）典型案例返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)機(jī)器人工件坐標(biāo)系設(shè)置本案例采用三點(diǎn)（接觸）法設(shè)置焊接機(jī)器人工件坐標(biāo)系。通過點(diǎn)動機(jī)器人在機(jī)座坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系中運(yùn)動，認(rèn)知機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動軸在上述點(diǎn)動坐標(biāo)系中的運(yùn)動特點(diǎn)和調(diào)姿規(guī)律，明晰兩者的內(nèi)在關(guān)聯(lián)及區(qū)別，為后續(xù)機(jī)器人視覺導(dǎo)引上下料等高級任務(wù)編程奠定基礎(chǔ)。32/43焊接機(jī)器人工件坐標(biāo)系設(shè)置示意請動動你的小手掃描書本二維碼吧！典型案例返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)33/43

策略分析：完整的機(jī)器人工件坐標(biāo)系設(shè)置過程同樣包括坐標(biāo)系參數(shù)計(jì)算（或輸入）、坐標(biāo)系編號選擇和坐標(biāo)指向精度檢驗(yàn)三個步驟，具體流程如圖。三點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工件坐標(biāo)系流程場景延伸返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)34/43

嘗試使用典型案例中設(shè)置的工件坐標(biāo)系點(diǎn)動機(jī)器人，模仿T形接頭角焊縫（I形坡口，對稱焊接）線狀焊道運(yùn)動軌跡編程時的機(jī)器人焊槍位姿調(diào)整。點(diǎn)動機(jī)器人沿T形接頭角焊縫移動（工件坐標(biāo)系）本章小結(jié)返回目錄本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)除關(guān)節(jié)坐標(biāo)系外，其他常見的工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)動坐標(biāo)系均為直角坐標(biāo)系。不同直角坐標(biāo)系的區(qū)別在于坐標(biāo)系的原點(diǎn)、坐標(biāo)軸的方向以及隨機(jī)器人運(yùn)動的時變性。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向始終保持與機(jī)械接口（法蘭）的絕對位姿關(guān)系，隨機(jī)器人運(yùn)動而變化。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向始終保持與機(jī)座坐標(biāo)的絕對位姿關(guān)系，但不隨機(jī)器人運(yùn)動而變化。機(jī)器人工具、工件坐標(biāo)系設(shè)置大致分為坐標(biāo)系參數(shù)計(jì)算（或輸入）、坐標(biāo)系編號選擇和坐標(biāo)系精度檢驗(yàn)三步，建議調(diào)用機(jī)器人坐標(biāo)系指令自動設(shè)置坐標(biāo)系參數(shù)及切換坐標(biāo)系編號。35/43拓展閱讀返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)國之重器知識講解燈塔傳承機(jī)器人視覺系統(tǒng)坐標(biāo)系在信息技術(shù)、材料技術(shù)和傳感技術(shù)等多種技術(shù)融合創(chuàng)新驅(qū)動下，機(jī)器人愈加智能和靈活，機(jī)器人能力邊界持續(xù)拓展，從感知智能向認(rèn)知智能、從智能單機(jī)向智能系統(tǒng)加速演進(jìn)。機(jī)器視覺被譽(yù)為智能制造的“智慧之眼”，為智能制造打開新的“視”界，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的必要手段，在識別、測量、引導(dǎo)、檢測等場景中具有極高的應(yīng)用價值。伴隨機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展與成熟，機(jī)器人對于復(fù)雜外界環(huán)境的感知能力大幅提升，處理實(shí)際問題的自主性、穩(wěn)定性和可靠性大幅提高。例如，國內(nèi)某知名機(jī)器人龍頭公司將機(jī)器視覺與協(xié)作機(jī)器人相結(jié)合，通過深度學(xué)習(xí)算法對多傳感器收集到的信息進(jìn)行有效處理和融合，精準(zhǔn)提取不同鞋型的邊緣輪廓，為協(xié)作機(jī)器人鞋底涂膠作業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的3D視覺柔性化定位，實(shí)現(xiàn)不同鞋型的在線混流智能生產(chǎn)。36/43拓展閱讀返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)國之重器知識講解燈塔傳承37/43機(jī)器人手眼標(biāo)定的本質(zhì)是兩個坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的標(biāo)定。假設(shè)現(xiàn)有兩個坐標(biāo)系robot和camera，并且已知對應(yīng)的幾個固定點(diǎn)P在兩個坐標(biāo)系中的位置robotP和cameraP。那么，根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式可以得到：

robotP=robotTcameracameraP（4-1）式中，robotTcamera為相機(jī)到機(jī)器人的轉(zhuǎn)換矩陣；robotP和cameraP為補(bǔ)1后的“齊次坐標(biāo)”[x，y，z，1]T。不難看出，式（4-1）相當(dāng)于一個N元一次方程，只要點(diǎn)P的個數(shù)大于求解的轉(zhuǎn)換矩陣維度且這些點(diǎn)線性不相關(guān)，便可通過偽逆矩陣計(jì)算得到變換矩陣robotTcamera，即robotTcamera=robotP(cameraP)-1（4-2）待獲得坐標(biāo)變換矩陣robotTcamera后，在機(jī)器人視覺系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)相機(jī)識別到目標(biāo)在圖像中的像素位置，通過標(biāo)定的坐標(biāo)變換矩陣robotTcamera將相機(jī)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至機(jī)器人的空間坐標(biāo)中，然后根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型計(jì)算各關(guān)節(jié)軸如何運(yùn)動，從而控制機(jī)器人自適應(yīng)到達(dá)位置作業(yè)。拓展閱讀返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)國之重器知識講解燈塔傳承上述坐標(biāo)變換矩陣robotTcamera視工業(yè)相機(jī)安裝方式而略有不同。當(dāng)采用固定式（相機(jī)放置在固定位置，眼在手外，eye-to-hand）時，如圖（a）所示，坐標(biāo)變換矩陣為相機(jī)到機(jī)器人工件坐標(biāo)系（或機(jī)座坐標(biāo)系）的固定轉(zhuǎn)換矩陣objectTcamera。當(dāng)采用外置式（相機(jī)固定在機(jī)器人末端，眼在手上，eye-in-hand）時，如圖（b）所示，坐標(biāo)變換矩陣變?yōu)橄鄼C(jī)到機(jī)器人工具坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣toolTcamera。38/43(a)固定式(eye-to-hand)(b)外置式(eye-in-hand)拓展閱讀返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)國之重器知識講解燈塔傳承常見的工業(yè)機(jī)器人手眼標(biāo)定坐標(biāo)系39/43俗稱基坐標(biāo)系。+Zb軸的方向垂直于機(jī)器人安裝面，指向其機(jī)械結(jié)構(gòu)方向。+Xb軸的方向由原點(diǎn)開始指向機(jī)器人工作空間中心點(diǎn)在機(jī)座安裝面上的投影，通常為機(jī)座尾部電纜進(jìn)入方向。+Yb軸的方向按右手定則確定。1、機(jī)座坐標(biāo)系ObXbYbZb參照安裝在機(jī)械接口的末端執(zhí)行器的坐標(biāo)系，相對于機(jī)械接口坐標(biāo)系而定義。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ot是工具中心點(diǎn)（TCP）。+Zt軸的方向與工具相關(guān)，通常是工具的指向。用戶設(shè)置前，工具坐標(biāo)系與機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向重合。2、工具坐標(biāo)系OtXtYtZt俗稱用戶坐標(biāo)系，參照某一工件定義的坐標(biāo)系，相對于機(jī)座坐標(biāo)系而定義。用戶設(shè)置前，工件坐標(biāo)系與機(jī)座坐標(biāo)系的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向完全重合。3、工件坐標(biāo)系OjXjYjZj拓展閱讀返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)國之重器知識講解燈塔傳承常見的工業(yè)機(jī)器人手眼標(biāo)定坐標(biāo)系40/43相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)Oc通常位于相機(jī)的光心，也就是所有視線的交點(diǎn)。從這個原點(diǎn)出發(fā)，向右、上、前三個方向延伸的向量就是相機(jī)坐標(biāo)系的基向量，分別對應(yīng)+Xc軸、+Yc軸和+Zc軸。4、相機(jī)坐標(biāo)系OcXcYcZc參照安裝在機(jī)械接口的末端執(zhí)行器的坐標(biāo)系，相對于機(jī)械接口坐標(biāo)系而定義。工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ot是工具中心點(diǎn)（TCP）。+Zt軸的方向與工具相關(guān)，通常是工具的指向。用戶設(shè)置前，工具坐標(biāo)系與機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向重合。5、圖像坐標(biāo)系OfXfYf像素坐標(biāo)系的原點(diǎn)O通常位于圖像的左上角。U軸的指向從圖像的左上角向右，即水平向右。V軸的指向從圖像的左上角向下。即垂直向下。6、素坐標(biāo)系OUV知識測評返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器一、填空題1.____________坐標(biāo)系是參照機(jī)器人本體末端機(jī)械接口而定義的笛卡兒坐標(biāo)系。2.采用六點(diǎn)（接觸）法設(shè)置機(jī)器人工件坐標(biāo)系，同時重定義坐標(biāo)系的____________和_____________。3.工件坐標(biāo)系是機(jī)器人現(xiàn)場工程師參照作業(yè)對象并相對機(jī)座坐標(biāo)系自定義的三維空間正交坐標(biāo)系，又稱。4.為提高任務(wù)程序的可靠性，現(xiàn)場工程師可以調(diào)用___________指令和___________指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人坐標(biāo)系參數(shù)的生成和坐標(biāo)系編號的切換。5.在未設(shè)置前，機(jī)器人工件坐標(biāo)系與_______重合。43/43機(jī)械接口原點(diǎn)坐標(biāo)軸方向坐標(biāo)系設(shè)置

用戶坐標(biāo)系坐標(biāo)系選擇機(jī)座坐標(biāo)系知識測評返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器二、選擇題1.常用的機(jī)器人工具坐標(biāo)系設(shè)置方法包括（

）①三點(diǎn)（接觸）法；②六點(diǎn)（接觸）法；③直接輸入法；④調(diào)用坐標(biāo)系指令A(yù).①②③B.①②③④C.②③④D.①③2.工業(yè)機(jī)器人本體軸在工具坐標(biāo)系中的運(yùn)動特點(diǎn)有（）。①多軸聯(lián)動；②繞坐標(biāo)系原點(diǎn)定點(diǎn)轉(zhuǎn)動；③各關(guān)節(jié)運(yùn)動軸單軸轉(zhuǎn)動A.①②③B.①②C.②③D.①③42/43BB知識測評返回目錄知識測評拓展閱讀本章小結(jié)典型案例知識講解國之重器三、判斷題1.機(jī)座坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向在機(jī)器人運(yùn)動過程中是變化的。（

）2.工具坐標(biāo)系是機(jī)器人現(xiàn)場工程師參照機(jī)械接口坐標(biāo)系而定義的三維空間正交坐標(biāo)系。（

）3.作為機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的主要研究對象，設(shè)置工具坐標(biāo)系的主要目的是在任務(wù)編程中。（

）4.三點(diǎn)（接觸）法設(shè)置工件坐標(biāo)系的基本原則是：點(diǎn)動機(jī)器人以若干不同的手臂（腕）姿態(tài)指向并接觸同一外部（尖端）參照點(diǎn)。（）5.機(jī)座坐標(biāo)系適用于點(diǎn)動工業(yè)機(jī)器人在笛卡兒空間移動且機(jī)器人工具姿態(tài)保持不變，以及繞機(jī)器人TCP定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的場合。（

）43/43×√×√√工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)與編程詳解浙江省普通本科高?！笆奈濉敝攸c(diǎn)立項(xiàng)建設(shè)教材第5章

行穩(wěn)致遠(yuǎn)，機(jī)器人焊接任務(wù)編程項(xiàng)目任務(wù)5.2.1

平面曲線焊縫軌跡5.2.2

空間曲線焊縫軌跡5.2.3機(jī)器人平角焊姿態(tài)

5.2.4

角焊縫的成形質(zhì)量

任務(wù)5.1機(jī)器平焊任務(wù)編程任務(wù)5.2機(jī)器人平角焊任務(wù)編程5.1.2

焊接動作次序5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理

5.1.3焊接工藝指令5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量第5章

行穩(wěn)致遠(yuǎn)，機(jī)器人焊接任務(wù)編程學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖典型案例知識測評知識講解國之重器本章小結(jié)拓展閱讀場景延伸知識、技能、素養(yǎng)能夠調(diào)用焊接工藝指令完成機(jī)器人平焊、平角焊的作業(yè)動作次序和工藝條件編程。能夠根據(jù)焊縫的形狀尺寸參數(shù)要求和常見焊接缺陷調(diào)控對策優(yōu)化機(jī)器人焊接參數(shù)。能夠手動調(diào)節(jié)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的保護(hù)氣體流量和焊絲干伸長度。知識學(xué)習(xí)返回目錄1/55技能訓(xùn)練素養(yǎng)提升能夠闡明氣體保護(hù)電弧焊原理，并列舉關(guān)鍵焊接參數(shù)及調(diào)節(jié)方法。能夠說明機(jī)器人焊接動作次序和焊接參數(shù)配置的原則，并舉例說明常見的機(jī)器人焊接缺陷及調(diào)控對策。能夠界定焊縫的形狀尺寸參數(shù)內(nèi)涵，規(guī)劃直線、曲線焊縫的機(jī)器人運(yùn)動路徑和焊槍姿態(tài)。提升描述焊接工藝流程、動作次序和參數(shù)設(shè)置，欣賞焊接美學(xué)，明確技術(shù)規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生對焊工技術(shù)人才的職業(yè)敬仰，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的職業(yè)觀。強(qiáng)化學(xué)生用發(fā)展的眼光看待事物發(fā)展，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，知行合一，投身于機(jī)器人行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器返回目錄知識地圖2/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器國之重器焊接機(jī)器人：超級工程之中國樓宇工程的“加工師”。上海中心大廈，位于上海浦東最繁華的核心商務(wù)區(qū)，是上海市的一座巨型高層地標(biāo)式摩天大樓。在建設(shè)上海中心大廈的過程中，智能焊接機(jī)器人承擔(dān)了大量的焊接任務(wù)，包括厚鋼板、異形結(jié)構(gòu)等復(fù)雜焊接工作。通過先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，智能焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位、跟蹤、調(diào)整等操作，確保焊接質(zhì)量和效率。珠海雙子樓，位于珠海橫琴區(qū)，將成為珠海高度第一的雙子樓。建造兩棟建筑，像造兩束光，越往上，施工難度越大。這些現(xiàn)實(shí)問題，在智能焊接機(jī)器人出現(xiàn)后迎刃而解。它們的效率是人工的3倍，還可以代替人工完成高空、高危的風(fēng)險作業(yè)。未來，樓宇建設(shè)將朝著智能化、綠色化、人性化的方向發(fā)展，以滿足人們更高的居住和工作需求。建筑與科技同行，未來智能機(jī)器人的自主研發(fā)和技術(shù)迭代，將在樓宇建設(shè)工程中發(fā)揮重要作用，科技的不斷進(jìn)步和智能焊接機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，將進(jìn)一步助力中國制造業(yè)的繁榮發(fā)展。焊接機(jī)器人3/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器請動動你的小手掃描書本二維碼吧！返回目錄5.1機(jī)器人平焊任務(wù)編程4/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器焊接是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料的制造工藝及技術(shù)。根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)，焊接可分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。根據(jù)熱源種類的不同，電弧焊又可分為焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)電弧焊等。目前氣體保護(hù)電弧焊的應(yīng)用最廣。5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理5/55返回目錄氣體保護(hù)電弧焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，包括熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）和非熔化極氣體保護(hù)焊（GTAW）兩種。氣體保護(hù)電弧焊原理場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器熔化極氣體保護(hù)焊通過采用連續(xù)送進(jìn)可熔化的焊絲與焊件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲和母材，形成熔池和焊縫，如下圖所示。為獲得質(zhì)量優(yōu)良的焊縫并保證焊接過程的穩(wěn)定性，須利用外加氣體（如CO2、Ar、Ar80%+CO220%等）作為電弧介質(zhì)，避免熔滴、熔池和焊接區(qū)金屬受到周圍空氣的不利影響。1—焊件（母材）；2—保護(hù)氣體；3—噴嘴（機(jī)器人焊槍）；4—送絲機(jī)構(gòu)；5—焊絲；6—導(dǎo)電嘴（機(jī)器人焊槍）；7—焊接電源；8—焊縫；9—熔池；10—焊接電弧6/55返回目錄焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，但由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，導(dǎo)致焊接領(lǐng)域缺工現(xiàn)象十分嚴(yán)重，尤其是缺乏高質(zhì)量的焊工，而焊接質(zhì)量又直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量。在此背景下，焊接機(jī)器人以其高一致性、高效率和節(jié)省成本在航空航天、重型結(jié)構(gòu)、海洋工程等現(xiàn)代制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如右圖所示。從世界范圍來看，工業(yè)機(jī)器人用于焊接領(lǐng)域已占到總數(shù)的50%以上。場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器氣體保護(hù)電弧焊機(jī)器人5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，可以看作是工藝系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新。如下圖所示的氣體保護(hù)電弧焊機(jī)器人系統(tǒng)為例，工藝系統(tǒng)包括以焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)和氣路裝置（儲氣瓶）為核心的工藝設(shè)備，執(zhí)行系統(tǒng)包括以操作機(jī)和機(jī)器人焊槍（含防碰撞傳感器）為核心的執(zhí)行設(shè)備。整套氣體保護(hù)電弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵焊接參數(shù)包括焊接電流（或送絲速度）、電弧電壓、焊接速度、焊絲干伸長度和保護(hù)氣體流量等。7/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器氣體保護(hù)電弧焊機(jī)器人系統(tǒng)5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理1—外部電源；2—?dú)饴费b置（儲氣瓶）；3—焊接電源；4—送絲機(jī)構(gòu)；5—操作機(jī)；6—機(jī)器人焊槍（含防碰撞傳感器）；7—焊接工作臺（或焊接變位機(jī)）；8—自動升降遮光屏；9—外部操作盒；10—自動清槍器；11—控制器（含示教盒）（1）焊絲干伸長度:8/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理干伸長度是指焊絲從導(dǎo)電嘴端部到工件表面的距離，而不是從噴嘴端部到工件的距離。保持焊絲干伸長度不變是保證弧長穩(wěn)定和焊接過程穩(wěn)定性的重要因素之一。熔化極氣體保護(hù)電弧焊的干伸長度L經(jīng)驗(yàn)公式為：當(dāng)焊接電流I≤300A時，L=（10～15）?（mm）；當(dāng)焊接電流I>300A時，L=（10～15）?+5mm。式中，?為焊絲直徑，單位為mm?，F(xiàn)場工程師可以通過機(jī)器人系統(tǒng)焊接工藝軟件中的“送絲?檢氣”功能手動調(diào)整焊絲干伸長度，如下圖所示。手動調(diào)整焊絲干伸長度9/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理（2）保護(hù)氣體流量:保護(hù)氣體的種類及其氣體流量大小是影響焊接質(zhì)量的重要因素之一。常見的氣體保護(hù)電弧焊的保護(hù)氣體有一元?dú)怏w、二元混合氣體和三元混合氣體等，如純二氧化碳（CO2）、純氬氣（Ar）、Ar+CO2等。實(shí)際焊接時，保護(hù)氣體從焊槍噴嘴吹出，驅(qū)趕電弧區(qū)的空氣，并在電弧區(qū)形成連續(xù)封閉的氣層，使焊接電弧、熔滴和熔池與周圍空氣隔絕。保護(hù)氣體的流量越大，驅(qū)趕空氣的能力越強(qiáng)，保護(hù)層抵抗流動空氣的影響的能力越強(qiáng)。焊絲干伸長度/mmCO2氣體流量/（L/min）富氬氣體流量/（L/min）8～1510～2015～2512～2015～2520～3015～2520～3025～30下表是噴嘴直徑為20mm時的保護(hù)氣體流量設(shè)置參考值。當(dāng)噴嘴口徑變小時，保護(hù)氣體流量隨之降低。10/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器同手動調(diào)節(jié)焊絲干伸長度類似，現(xiàn)場工程師可以通過機(jī)器人系統(tǒng)焊接工藝軟件中的“送絲?檢氣”功能手動調(diào)節(jié)保護(hù)氣體流量，如下圖所示。手動調(diào)節(jié)保護(hù)氣體流量5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理11/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理（3）焊接電流:焊接電流是焊接時流經(jīng)焊接回路的電流，是影響焊接質(zhì)量和效率的重要因素之一。通常根據(jù)待焊工件的板厚、材料類別、坡口形式、焊接位置、焊絲直徑和焊接速度等參數(shù)適配合理的焊接電流。對于熔化極氣體保護(hù)焊而言，調(diào)節(jié)焊接電流的實(shí)質(zhì)是調(diào)整送絲速度，如下所示。同一規(guī)格的焊絲，焊接電流越大，送絲速度越快。焊接電流相同，焊絲的直徑越細(xì)，送絲速度越快。焊接電流與送絲速度的關(guān)系12/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理此外，每一規(guī)格的焊絲都有其允許的焊接電流范圍，見下表。焊絲直徑/mm焊接電流/A適用板厚/mm0.850～1500.8～2.31.090～2501.2～6.01.2120～3502.0～101.6＞300＞6.0（4）電弧電壓:電弧電壓是電弧兩端（兩電極）之間的電壓，其與焊接電流匹配與否直接影響焊接過程穩(wěn)定性和最終焊接質(zhì)量。通常電弧電壓越高，焊接熱量越大，焊絲熔化速度越快，焊接電流也越大。換而言之，電弧電壓應(yīng)與焊接電流相匹配，即保證送絲速度與電弧電壓對焊絲的熔化能力一致，利于實(shí)現(xiàn)弧長穩(wěn)定控制。待焊接電流設(shè)置后，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算適配的電弧電壓U電?。寒?dāng)焊接電流I≤300A時，U電弧=0.04I+16±1.5（V）；當(dāng)焊接電流I＞300A時，U電弧=0.04I+20±2.0（V）。電弧電壓偏高時，弧長變長，焊接飛濺顆粒變大，焊接過程發(fā)出“啪嗒、啪嗒”聲，易產(chǎn)生氣孔，焊縫變寬，熔深和余高變小。反之，電弧電壓偏低時，弧長變短，焊絲插入熔池，飛濺增加，焊接過程發(fā)出“嘭、嘭、嘭”聲，焊縫變窄，熔深和余高變大。13/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.1氣體保護(hù)電弧焊原理電弧電壓等于焊接電源輸出電壓減去焊接回路的損耗電壓，可表示為U電弧=U輸出–U損。損耗電壓是指焊槍電纜延長所帶來的電壓損失，此時可以參考下表中的數(shù)值調(diào)整焊接電源的輸出電壓。

（單位：V）電纜長度/m焊接電流/A1002003004005001011.511.521512.522.53201.532.5342524345（5）焊接速度:焊接速度是單位時間內(nèi)完成的焊縫長度，是影響焊接質(zhì)量和效率的又一重要因素。當(dāng)焊接電流一定時，焊接速度的選擇應(yīng)保證單位時間內(nèi)焊縫獲得足夠的熱量。焊接熱量的計(jì)算公式：Q熱量=I2Rt。式中，I為焊接電流，R為電弧及焊絲干伸長度的等效電阻，t為焊接時間。14/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.2焊接動作次序焊接機(jī)器人（執(zhí)行系統(tǒng)）和焊接系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）是整套機(jī)器人系統(tǒng)的兩大核心組成。針對機(jī)器人氣體保護(hù)電弧焊場景，焊接電源一般選擇四步工作模式，其工作過程可劃分為提前吹氣、引弧、焊接、弧坑處理、焊絲回?zé)?、熔敷檢測和滯后停止吹氣等九個階段，動作時序如右圖所示。氣體保護(hù)電弧焊機(jī)器人的焊接動作次序T1—提前吹氣時間；T2—電弧檢測；T3—引弧時間；T4—焊接時間；T5—弧坑處理時間；T6—焊絲回?zé)龝r間；T7—熔敷檢測延遲時間；T8—熔敷檢測時間；T9—滯后停止吹氣時間機(jī)器人氣體保護(hù)電弧焊場景，具體過程如下：當(dāng)機(jī)器人減速停止在焊接起始點(diǎn)指令位姿時，機(jī)器人控制器向焊接電源發(fā)出焊接開始信號，保護(hù)氣路接通，進(jìn)入提前吹氣階段（T1）。提前吹氣結(jié)束后，進(jìn)入引弧階段，此階段焊接電源輸出空載電壓，送絲機(jī)構(gòu)開始慢送絲，直至焊絲與工件接觸（T2，取決于焊絲端部距離工件的距離和慢送絲速度）。接觸引弧成功（T3）后，焊接電源進(jìn)入正常焊接狀態(tài)，同時會產(chǎn)生引弧成功信號并傳輸給機(jī)器人控制器，機(jī)器人加速移向下一目標(biāo)指令位姿，并根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整或不調(diào)整焊接參數(shù)，整個焊接過程焊接電源會按照機(jī)器人控制器配置的參數(shù)輸出電壓和送絲（T4）。當(dāng)焊接完成時，機(jī)器人減速停止在焊接結(jié)束點(diǎn)指令位姿，向焊接電源發(fā)出結(jié)束請求，焊接電源根據(jù)配置的收弧參數(shù)填充弧坑（T5，取決于弧坑處理時間）。待弧坑處理完畢，焊接電源根據(jù)設(shè)置的回?zé)龝r間（T6）自動完成焊絲回?zé)?，隨后機(jī)器人控制器發(fā)出焊絲熔敷狀態(tài)檢測信號（T7、T8），確認(rèn)是否發(fā)生粘絲。粘絲檢測結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入滯后停止吹氣階段，當(dāng)預(yù)先設(shè)置的滯后吹氣時間（T9）到，整個焊接過程結(jié)束。15/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.2焊接動作次序16/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器返回目錄5.1.3焊接工藝指令機(jī)器人工藝指令是對機(jī)器人作業(yè)開始和作業(yè)結(jié)束等控制以及作業(yè)工藝條件設(shè)置的相關(guān)指令，視細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域而不同。焊接工藝指令是指定機(jī)器人何時、如何進(jìn)行焊接的指令，包含焊接開始指令（WeldStart）、焊接結(jié)束指令（WeldEnd）和焊接速度指令（WELD_SPEED）等。當(dāng)執(zhí)行焊接開始指令和焊接結(jié)束指令之間的運(yùn)動指令語句序列時，機(jī)器人進(jìn)行連續(xù)焊接作業(yè)。常見的機(jī)器人焊接工藝指令的功能、格式及示例見下表。序號焊接工藝指令指令功能指令示例（FANUC）1焊接開始指令指定機(jī)器人按照預(yù)設(shè)的動作次序和焊接條件引弧作業(yè)。其中，焊接規(guī)范有兩種指令格式：一是調(diào)用焊接數(shù)據(jù)庫（編號）；二是直接輸入焊接參數(shù)格式一：調(diào)用焊接數(shù)據(jù)庫（編號）WeldStart[焊接數(shù)據(jù)庫編號，焊接參數(shù)表編號]示例：WeldStart[1，1]//按照編號為1的焊接數(shù)據(jù)庫中預(yù)設(shè)的動作次序和編號為1的焊接參數(shù)表記錄的焊接規(guī)范進(jìn)行引弧作業(yè)格式二：直接輸入焊接參數(shù)WeldStart[焊接數(shù)據(jù)庫編號，電弧電壓，焊接電流]示例：WeldStart[1，16.4V，120A]//按照焊接電流為120A，電弧電壓為6.4V的焊接規(guī)范，以及編號為1的焊接數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)的動作次序引弧作業(yè)17/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器（續(xù)）5.1.3焊接工藝指令序號焊接工藝指令指令功能指令示例（FANUC）2焊接結(jié)束指令指定機(jī)器人按照預(yù)設(shè)的動作次序和焊接條件收弧作業(yè)。其中，焊接結(jié)束規(guī)范有兩種指令格式：一是調(diào)用焊接數(shù)據(jù)庫（編號）；二是直接輸入焊接參數(shù)格式一：調(diào)用焊接數(shù)據(jù)庫（編號）WeldEnd[焊接數(shù)據(jù)庫編號，焊接參數(shù)表編號]示例：WeldEnd[1，2]//按照編號為2的焊接數(shù)據(jù)庫中預(yù)設(shè)的動作次序和編號為2的焊接參數(shù)表記錄的焊接規(guī)范進(jìn)行引弧作業(yè)格式二：直接輸入焊接參數(shù)WeldEnd[焊接數(shù)據(jù)庫編號，電弧電壓，焊接電流]示例：WeldEnd[1，16.2V，100A]//按照收弧電流為100A，收弧電壓為16.2V的結(jié)束規(guī)范，以及編號為1的焊接數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)的動作次序收弧作業(yè)，弧坑不做處理3焊接速度指令指定焊接作業(yè)區(qū)間的機(jī)器人焊槍運(yùn)動速度示例：LP[4]WELD_SPEEDFINE//調(diào)用焊接數(shù)據(jù)庫中的焊接速度參數(shù)?當(dāng)焊接開始指令和焊接結(jié)束指令序列存在于同一任務(wù)程序內(nèi)時方可發(fā)揮指令功能。?除采用焊接速度指令指定焊接區(qū)間的機(jī)器人焊槍運(yùn)動速度外，現(xiàn)場工程師也可以采用直接輸入法設(shè)置運(yùn)動指令語句（序列）中的運(yùn)動速度參數(shù)。返回目錄18/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.3焊接工藝指令以下圖所示的直線（焊接）運(yùn)動軌跡為例:指令位姿P[2]為直線軌跡起點(diǎn)、P[3]為焊接起始點(diǎn)、P[4]為焊接結(jié)束點(diǎn)、P[5]為直線軌跡終點(diǎn)，P[2]→P[5]為直線軌跡區(qū)間，共分為P[2]→P[3]焊前區(qū)間段P[3]→P[4]焊接區(qū)間段和P[4]→P[5]焊后區(qū)間段。直線（焊接）運(yùn)動軌跡示意返回目錄19/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.3焊接工藝指令機(jī)器人完成直線焊縫施焊作業(yè)的任務(wù)程序如下圖所示：第4～5行程序指令語句序列的功能是：機(jī)器人攜帶焊槍采用WeldStart指令指定的焊接開始規(guī)范，從指令位置P[3]成功引弧后，按照預(yù)設(shè)的焊接速度線性移向目標(biāo)點(diǎn)P[4]，并在此位置點(diǎn)減速收弧停止，收弧規(guī)范由WeldEnd指令指定。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動速度通過“WELD_SPEED”指令指定時，焊接區(qū)間指令位姿采用焊接數(shù)據(jù)庫中預(yù)設(shè)的焊接速度，否則與參考點(diǎn)相同，即由運(yùn)動指令語句中的運(yùn)動速度參數(shù)指定。針對焊接區(qū)間，機(jī)器人焊接動作次序和工藝條件編程相互融通。直線焊縫機(jī)器人焊接任務(wù)程序示例（FANUC）返回目錄20/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量根據(jù)結(jié)合形式不同，焊縫可分為對接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種。其中，對接焊縫是在焊件的坡口面間或一零件的坡口面與另一零件表面間焊接的焊縫。作為極具代表性的一種焊縫，它是各種焊接結(jié)構(gòu)中采用最多，也是最完善的一種焊縫，具有受力好、強(qiáng)度大和節(jié)省材料的特點(diǎn)。對接焊縫的形狀尺寸參數(shù)主要包括焊縫寬度、余高和熔深等，如下表。形狀參數(shù)參數(shù)說明參數(shù)示例焊縫寬度焊縫表面兩焊趾之間的距離。建議控制在坡口上表面寬度105%～120%余高超出母材表面連線上面的那部分焊縫金屬的最大高度。建議單面焊正面余高控制在3mm以內(nèi)，背面余高控制在1.5mm以內(nèi)熔深在焊接接頭橫截面上，母材或前道焊縫熔化的深度。建議母材熔深控制在0.5～1.0mm，焊道層間熔深控制在3.0～4.0mm返回目錄21/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量機(jī)器人焊接具有質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好等優(yōu)點(diǎn)，但是若機(jī)器人運(yùn)動軌跡準(zhǔn)度和焊接參數(shù)適配不合理時，將會出現(xiàn)氣孔、咬邊、焊瘤和燒穿等外觀缺陷。下表是常見的機(jī)器人對接焊縫外觀缺陷原因分析及調(diào)控方法。類別外觀特征產(chǎn)生原因調(diào)控方法缺陷示例成形差焊縫兩側(cè)附著大量焊接飛濺，焊縫寬度及余高的一致性差，焊道斷續(xù)①導(dǎo)電嘴磨損嚴(yán)重，焊絲指向彎曲，焊接過程中電弧跳動。②焊絲干伸長度過長，焊接電弧燃燒不穩(wěn)定。③焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致焊接過程飛濺量大，熔深大小不一①更換導(dǎo)電嘴和送絲壓輪，校直焊絲。②調(diào)節(jié)焊絲干伸長度。③調(diào)節(jié)并適配焊接電流、電弧電壓和焊接速度未焊透接頭根部未完全熔透①焊接電流過小，焊接速度太快，焊接熱輸入偏小，導(dǎo)致坡口根部無法受熱熔化。②坡口間隙偏小，鈍邊偏厚，導(dǎo)致接頭根部很難熔透①調(diào)節(jié)并適配焊流（送絲速度）和焊接速度。②調(diào)整坡口角度及鈍邊未熔合焊道與母材之間或焊與焊道之間，未完全熔化結(jié)合①焊接電流過小，焊接速度太快，焊接熱輸入偏小，導(dǎo)致坡口或焊道受熱熔化不足。②焊接電弧作用位置不當(dāng)，母材未熔化時已被液態(tài)熔覆金屬覆蓋①調(diào)節(jié)并適配焊接電流（送絲速度）和焊接速度。②修正機(jī)器人運(yùn)動軌跡，調(diào)整電弧作用位置返回目錄22/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量類別外觀特征產(chǎn)生原因調(diào)控方法缺陷示例咬邊沿焊趾的母材部位產(chǎn)生溝槽或凹陷，呈撕咬狀①焊接電流太大，焊縫邊緣的母材熔化后未得到熔敷金屬的充分填充。②焊接電弧過長①調(diào)節(jié)并適配焊接電流（送絲速度）和焊接速度。②調(diào)節(jié)焊絲干伸長度氣孔焊縫表面有密集或分散的小孔，大小、分布不等①母材表面污染，受熱分解產(chǎn)生的氣體未及時排出。②保護(hù)氣體覆蓋不足，導(dǎo)致焊接熔池與空氣接觸發(fā)生反應(yīng)。③焊縫金屬冷卻過快，導(dǎo)致氣體來不及逸出①焊前清理焊接區(qū)域的油污、油漆、鐵銹、水或鍍鋅層等。②調(diào)節(jié)保護(hù)氣體流量、焊絲干伸長度和焊槍姿態(tài)。③調(diào)節(jié)焊接速度焊瘤熔化金屬流淌到焊縫外未熔化的母材上所形成的金屬瘤熔池溫度過高，冷卻凝固較慢，液態(tài)金屬因自重產(chǎn)生下墜調(diào)節(jié)并適配焊接電流（送絲速度）和焊接速度凹坑焊后在焊縫表面或背面，形成低于母材表面的局部低洼①接頭根部間隙偏大，鈍邊偏薄，熔池體積較大，液態(tài)金屬因自重產(chǎn)生下墜。②焊接電流偏大，熔池溫度高、冷卻慢，導(dǎo)致熔池金屬重力增加而表面張力減?、僬{(diào)整接頭根部間隙和坡口鈍邊。②調(diào)節(jié)焊接電流（送絲速度）（續(xù)）返回目錄23/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量類別外觀特征產(chǎn)生原因調(diào)控方法缺陷示例下塌單面熔化焊時，焊縫正面塌陷、背面凸起①焊接電流偏大，焊縫金屬過量透過背面。②焊接速度偏慢，熱量在小區(qū)域聚集，熔覆金屬過多而下墜①調(diào)節(jié)焊接電流（送絲速度）。②調(diào)節(jié)焊接速度或焊槍姿態(tài)燒穿熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔①焊接電流過大，熱量過高，熔深超過板厚。②焊接速度過慢，熱量小區(qū)域聚集，燒穿母材①調(diào)節(jié)焊接電流（送絲速度）。②調(diào)節(jié)焊接速度熱裂紋焊接過程中在焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生焊接裂紋①焊絲含硫量較高，焊接時形成低熔點(diǎn)雜質(zhì)。②焊接頭拘束不當(dāng)，冷卻凝固的焊縫金屬沿晶粒邊界拉開。③收弧電流不合理，產(chǎn)生弧坑裂紋①選擇含硫量較低的焊絲。②采用合適的接頭工裝卡具及拘束力。③優(yōu)化收弧電流，必要時采取預(yù)熱和緩冷措施焊接變形焊件由焊接而產(chǎn)生的角變形、彎曲變形等①工件固定不牢，受焊接殘余應(yīng)力作用而變形。②焊接順序不當(dāng)，導(dǎo)致焊接應(yīng)力集中而變形。③焊接接頭設(shè)計(jì)不合理①采用反變形法或工裝卡具剛性固定。②調(diào)整焊接順序。③優(yōu)化接頭設(shè)計(jì)及焊接參數(shù)（續(xù)）返回目錄24/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.1.4對接焊縫的成形質(zhì)量機(jī)器人焊槍指向（或姿態(tài)）對焊縫成形、飛濺大小和氣體保護(hù)效果等有著重要影響。熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)器人攜帶焊槍可以采取左焊法和右焊法兩種方式，如下圖所示。左焊法（前進(jìn)焊或后傾焊）指焊接熱源從接頭右端向左端移動，并指向待焊部分的操作方法。由于焊接電弧大部分作用在熔池上，該方式具有熔深淺、焊道寬的特點(diǎn)，而且現(xiàn)場工程師從焊接電弧一側(cè)呈45°～70°視角易于觀察焊接電弧和熔池。右焊法（后退焊或前傾焊）指焊接熱源從接頭左端向右端移動，并指向已焊部分的操作方法，具有熔深大、焊道窄的特點(diǎn)。該方式下機(jī)器人焊槍容易阻擋現(xiàn)場工程師的視線，難以觀察焊接電弧和熔池變化情況。機(jī)器人左焊法和右焊法的適用對象見下表。

適用對象焊接方式左焊法右焊法薄板適合，熔深淺且焊縫較平不適合，熔深大、易燒穿中厚板不適合，熔深淺，無法保證焊透適合，能夠保證良好的熔深

機(jī)器人左焊法和右焊法示意返回目錄典型案例25/55場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器機(jī)器人平焊示教編程任務(wù)要求：使用富氬氣體（如Ar80%+CO220%）、直徑為1.0mm的ER50-6實(shí)心焊絲和六自由度焊接機(jī)器人，完成尺寸為200mm×50mm×1.5mm的兩塊碳鋼試板（如Q235）的板-板對接機(jī)器人平焊，單面焊雙面成形，焊縫美觀飽滿，余高≤1.5mm，焊接變形控制合理，如下圖所示。板-板對接平焊接頭示意返回目錄26/55典型案例場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器策略分析：板-板對接機(jī)器人平焊作業(yè)的運(yùn)動軌跡編程較為容易，與本書第2章的機(jī)器人搬運(yùn)示教編程類似。使用機(jī)器人完成兩塊（碳鋼）試板的平焊對接一般需要五個目標(biāo)指令位姿。其中，機(jī)器人原點(diǎn)（指令位置1）應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離作業(yè)對象（待焊工件）的可動區(qū)域的安全位置。焊接起始參考點(diǎn)（指令位置2）和焊接結(jié)束參考點(diǎn)（指令位置5）應(yīng)設(shè)置在臨近焊接作業(yè)區(qū)間，且便于調(diào)整焊槍姿態(tài)的安全位置。機(jī)器人平焊作業(yè)的運(yùn)動規(guī)劃如右圖所示。機(jī)器人平焊作業(yè)的運(yùn)動規(guī)劃返回目錄請動動你的小手掃描書本二維碼吧！27/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器典型案例各指令位姿用途見下表，其姿態(tài)示意如下圖所示。指令位姿備注指令位姿備注指令位姿備注①原點(diǎn)（HOME）③焊接起始點(diǎn)⑤焊接結(jié)束參考點(diǎn)②焊接起始參考點(diǎn)④焊接結(jié)束點(diǎn)——機(jī)器人平焊指令位姿示意請動動你的小手掃描書本二維碼吧！28/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器典型案例機(jī)器人平焊作業(yè)的動作次序和工藝條件編程可以通過弧焊軟件的“焊接導(dǎo)航”功能生成參考規(guī)范，焊接結(jié)束規(guī)范（收弧電流）為參考規(guī)范的80%左右，焊接開始和焊接結(jié)束動作次序保持默認(rèn)。經(jīng)單步程序驗(yàn)證和連續(xù)測試運(yùn)轉(zhuǎn)無誤后，方可進(jìn)行板-板對接接頭機(jī)器人平焊的再現(xiàn)施焊和工藝調(diào)試，直至焊縫外觀成形達(dá)到質(zhì)量要求，如下圖所示。機(jī)器人平焊作業(yè)效果請動動你的小手掃描書本二維碼吧！29/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器場景延伸中厚板焊接自動化是實(shí)現(xiàn)我國裝備制造業(yè)由大到強(qiáng)轉(zhuǎn)變的基石，是裝備制造業(yè)由粗放型、作坊式的經(jīng)營模式向高技術(shù)、集約型轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。以下圖所示厚度為8mm的板-板T形角接接頭為例，機(jī)器人攜帶焊槍及使用富氬氣體（如Ar80%+CO220%）、直徑為1.2mm的ER50-6實(shí)心焊絲，實(shí)現(xiàn)中厚板T形接頭機(jī)器人平角焊作業(yè)，焊腳對稱且尺寸為6mm，焊縫呈凹形圓滑過渡，無咬邊和氣孔等焊接缺陷。如何調(diào)整機(jī)器人平焊任務(wù)程序中的焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)？板-板T形角接平角焊接頭示意5.2機(jī)器人平角焊任務(wù)編程30/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器環(huán)縫是指沿筒形焊件分布的頭尾相接的封閉焊縫，它是管-板T形接頭和管-管對接接頭的主流焊縫形式，很多復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)都是由若干環(huán)縫連接而成，如管道、鍋爐、壓力容器及其關(guān)鍵部件焊接。下圖是環(huán)縫焊接設(shè)備。環(huán)縫焊接設(shè)備5.2.1平面曲線焊縫軌跡31/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器圓弧軌跡是機(jī)器人連續(xù)路徑運(yùn)動的典型，也是工業(yè)機(jī)器人任務(wù)編程的常見運(yùn)動軌跡之一。機(jī)器人完成單一圓弧軌跡的作業(yè)至少需要示教三個關(guān)鍵位置點(diǎn)（圓弧起點(diǎn)、圓弧中間點(diǎn)和圓弧終點(diǎn)），且每個關(guān)鍵位置點(diǎn)的動作類型（或插補(bǔ)方式）均為圓弧動作。以右圖所示的圓?。ê附樱┸壽E為例，指令位姿P[2]至P[6]分別是圓弧運(yùn)動軌跡的臨近參考點(diǎn)、起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)和回退參考點(diǎn)。其中，P[2]→P[3]為焊前區(qū)間段，P[3]→P[5]為焊接區(qū)間段，P[5]→P[6]為焊后區(qū)間段。圓?。ê附樱┻\(yùn)動軌跡示意32/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.2.1平面曲線焊縫軌跡機(jī)器人完成弧形焊縫施焊作業(yè)的任務(wù)程序如下圖所示。弧形焊縫機(jī)器人焊接任務(wù)程序示例（FANUC）無論臨近參考點(diǎn)采用關(guān)節(jié)動作還是直線動作，臨近參考點(diǎn)至圓弧起點(diǎn)區(qū)段機(jī)器人系統(tǒng)自動按直線路徑規(guī)劃運(yùn)動軌跡。圓弧運(yùn)動軌跡編程時，若指令位姿數(shù)量少于三點(diǎn)或任務(wù)程序中緊鄰圓弧運(yùn)動指令少于三條，機(jī)器人系統(tǒng)無法計(jì)算圓弧中心及路徑，將發(fā)出報(bào)警信息或按直線路徑規(guī)劃運(yùn)動軌跡。33/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器環(huán)縫焊接作業(yè)需要機(jī)器人完成圓周運(yùn)動軌跡。通常機(jī)器人圓周運(yùn)動軌跡至少需要示教五個關(guān)鍵位置點(diǎn)（一個圓周起點(diǎn)、三個圓周中間點(diǎn)和一個圓周終點(diǎn)），且每個關(guān)鍵位置點(diǎn)的動作類型（或插補(bǔ)方式）均為圓弧動作。以右圖所示的圓周（焊接）軌跡為例，示教點(diǎn)P[2]至P[8]分別是圓周運(yùn)動軌跡的臨近參考點(diǎn)、起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)和回退參考點(diǎn)。其中，P[2]→P[3]為焊前區(qū)間段，P[3]→P[7]為焊接區(qū)間段，P[7]→P[8]為焊后區(qū)間段。圓周（焊接）運(yùn)動軌跡示意5.2.1平面曲線焊縫軌跡34/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器機(jī)器人完成環(huán)縫焊接作業(yè)的任務(wù)程序如下圖所示。環(huán)縫機(jī)器人焊接任務(wù)程序示例（FANUC）當(dāng)機(jī)器人任務(wù)程序包含兩條以上緊鄰的圓弧運(yùn)動指令C時，機(jī)器人系統(tǒng)將自上而下、逐次取出與圓弧運(yùn)動指令C緊鄰的上一個示教點(diǎn)和C指令包含的兩個示教點(diǎn)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)算，如圓周（焊接）運(yùn)動軌跡，將依次按照P[3]→P[5]、P[5]→P[7]兩個圓弧分段計(jì)算圓弧運(yùn)動軌跡。鑒于無縫鋼管加工制造存在圓度誤差，建議采用六個及以上均勻分布的目標(biāo)指令位姿（如沿圓周方向每轉(zhuǎn)60o規(guī)劃一個指令位姿）實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動軌跡，利于保證機(jī)器人運(yùn)動路徑準(zhǔn)確度和作業(yè)質(zhì)量。5.2.1平面曲線焊縫軌跡35/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.2.1平面曲線焊縫軌跡此外，機(jī)器人完成兩個及以上連續(xù)圓弧軌跡的作業(yè)至少需要示教五個關(guān)鍵位置點(diǎn)（一個圓弧起點(diǎn)、一個圓弧終點(diǎn)和三個以上圓弧中間點(diǎn)），且每個關(guān)鍵位置點(diǎn)的動作類型（或插補(bǔ)方式）均為圓弧動作。以右圖所示的連?。ê附樱┸壽E為例，示教點(diǎn)P[2]～P[8]分別是連弧軌跡的臨近參考點(diǎn)、起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)和回退參考點(diǎn)。其中，示教點(diǎn)P[5]既是前段圓弧的終點(diǎn)，又是后段圓弧的起點(diǎn)。P[2]→P[3]為焊前區(qū)間段，P[3]→P[7]為焊接區(qū)間段，P[7]→P[8]為焊后區(qū)間段。連?。ê附樱┻\(yùn)動軌跡示意36/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器機(jī)器人完成連弧焊接作業(yè)的任務(wù)程序如圖所示。5.2.1平面曲線焊縫軌跡機(jī)器人連弧（焊接）軌跡任務(wù)程序示例（無圓弧分離點(diǎn)，F(xiàn)ANUC）機(jī)器人連?。ê附樱┸壽E任務(wù)程序示例（有圓弧分離點(diǎn)，F(xiàn)ANUC）37/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器5.2.2空間曲線焊縫軌跡目前，示教編程能夠針對直線焊縫（如對接、角接、搭接），以及簡單平面曲線焊縫（如圓弧、環(huán)縫），通過對有限的指令位姿進(jìn)行擬合、插值求解，便可生成機(jī)器人運(yùn)動路徑，典型應(yīng)用場景包括鋼結(jié)構(gòu)、車廂板和箱形梁等。但是，復(fù)雜空間曲線焊縫的機(jī)器人運(yùn)動路徑計(jì)算，仍是智能焊接機(jī)器人發(fā)展繞不開的技術(shù)難題。例如，相貫線管件因其結(jié)構(gòu)牢靠、密閉的特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，生活中常見于建筑結(jié)構(gòu)支撐件，以及鍋爐、管道等壓力容器，如下圖所示。然而，由于相貫線獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)示教編程方法費(fèi)時、費(fèi)力，難以高質(zhì)量完成機(jī)器人運(yùn)動軌跡編程，或者導(dǎo)致焊接質(zhì)量不理想。相貫線管件示意38/55返回目錄場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器此時，現(xiàn)場工程師可以采用離線編程方法，通過軟件提供的“CAD-TO-PATH”路徑自動生成功能，只需特征繪制（或識別）、槍姿調(diào)整和程序生成等簡單人機(jī)交互操作，軟件將自動添加程序指令生成機(jī)器人任務(wù)程序，這是一種基于模型驅(qū)動的機(jī)器人免示教離線編程方法，如下圖所示?；谀Ｐ万?qū)動的機(jī)器人運(yùn)動路徑自動生成5.2.2空間曲線焊縫軌跡1—CAD-TO-PATH功能界面；2—特征繪制；3—槍姿調(diào)整；4—程序生成39/55返回目錄5.2.3機(jī)器人平角焊姿態(tài)場景延伸典型案例知識講解學(xué)習(xí)導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)國之重器下表是鋼結(jié)構(gòu)制作中常見的板-板T形接頭坡口形式和焊縫形式。序號坡口形式焊縫形式接頭示例1I形角焊縫2單邊V形對接焊縫3單邊V形對接焊縫4J形（帶鈍邊）對接焊縫序號坡口形式焊縫形式接頭示例5

K形對接焊縫6K形（帶鈍邊）對接焊縫7K形對接和角接的組合焊縫8雙J形對接焊縫當(dāng)采用多層多道焊接（I形坡口）T形接頭時，通常焊槍行進(jìn)角保持α=65°～80°，工作角視焊道（層）而實(shí)時調(diào)整，例如：焊腳S1、S2=10～12mm，一般采用兩層三道焊，焊第一層（第一道）時，工作β=45°；焊接第二道焊縫時，應(yīng)覆蓋不小于第一層焊縫的2/3，焊槍工作角稍大些，β=45°～55°；焊接第三道焊縫時，應(yīng)覆蓋第二道焊縫的1/3～1/2，焊槍工作角β=40～45°，角度