工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)3-手動操縱工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)3-手動操縱工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)3-手動操縱工業(yè)機(jī)器人/NUM工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)3-手動操縱工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)3-手動操縱工業(yè)機(jī)器人第三章手動操縱工業(yè)機(jī)器人

3.1機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系

3.2認(rèn)識和使用示教器

學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)入案例課堂認(rèn)知擴(kuò)展與提高本章小結(jié)思考練習(xí)

3.3機(jī)器人安全操作規(guī)程

3.4手動移動機(jī)器人

課前回顧

工業(yè)機(jī)器人主要由哪幾部分組成？

如何判別工業(yè)機(jī)器人的點位運(yùn)動和連續(xù)路徑運(yùn)動？

學(xué)習(xí)目標(biāo)

認(rèn)知目標(biāo)

*了解工業(yè)機(jī)器人的安全操作規(guī)程

*熟悉示教器的按鍵及使用功能

*掌握機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系

*掌握手動移動機(jī)器人的流程和方法

能力目標(biāo)

*能夠熟練進(jìn)行機(jī)器人坐標(biāo)系和運(yùn)動軸的選擇

*能夠使用示教器熟練操作機(jī)器人實現(xiàn)點動和連續(xù)移動

導(dǎo)入案例

UniversalRobots公司推出革命性的新型工業(yè)機(jī)器人

UR5機(jī)器人自重很輕（僅18.4kg），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)性的生產(chǎn)過程，都能夠使用它并從中受益。

課堂認(rèn)知

3.1機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系

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。機(jī)器人系統(tǒng)中個運(yùn)動軸的定義典型機(jī)器人操作機(jī)各運(yùn)動軸A1、A2和A3三軸（軸1、軸2和軸3）稱為基本軸或主軸，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，用以實現(xiàn)末端執(zhí)行器的任意空間姿態(tài)。

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。TCP為機(jī)器人系統(tǒng)控制點，出廠是默認(rèn)位于最后一個運(yùn)動軸或安裝法蘭的中心，安裝工具后TCP點將發(fā)生改變。

(1)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系

在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下，機(jī)器人各軸均可實現(xiàn)單獨正向或反向運(yùn)動。對大范圍運(yùn)動，且不要求TCP姿態(tài)的，可選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系。(2)直角坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系）

機(jī)器人示教與編程時經(jīng)常使用的坐標(biāo)系之一，原點定義在機(jī)器人安裝面與第一轉(zhuǎn)動軸的交點處，X軸向前，Z軸向上，Y軸按右手法則確定。直角坐標(biāo)系原點直角坐標(biāo)系下的各軸動作(3)工具坐標(biāo)系

原點定義在TCP點，并且假定工具的有效方向為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)的平移操作時選用該坐標(biāo)系最為適宜。工具坐標(biāo)系原點工具坐標(biāo)系下的各軸動作(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)器人配備多個工作臺時，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點將沿用戶自定義的坐標(biāo)軸方向運(yùn)動。用戶坐標(biāo)系原點

用戶坐標(biāo)系下的各軸動作提示

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)系下實現(xiàn)。

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)系均可實現(xiàn)控制點不變動作（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)定時經(jīng)常用到。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3.2認(rèn)識和使用示教器ABBFlexPendantKUKAsmartPADFANUCiPendantYASKAWADX100工業(yè)機(jī)器人行業(yè)四巨頭的最新示教器產(chǎn)品

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個顯示區(qū)組成。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)行顯示和編輯。

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)錯誤信息等。

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】等。序號按鍵名稱按鍵功能1急停鍵通過切斷伺服電源立刻停止機(jī)器人和外部軸操作。

一旦按下，開關(guān)保持緊急停止?fàn)顟B(tài)；順時針方向旋轉(zhuǎn)解除緊急停止?fàn)顟B(tài)。2安全開關(guān)在操作時確保操作者的安全。

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。

一旦松開或按緊，切斷伺服電源，機(jī)器人立即停止運(yùn)動。3坐標(biāo)選擇鍵手動操作時，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。

此鍵每按一次，坐標(biāo)系變化一次。4軸操作鍵對機(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。

可以按住兩個或更多的鍵，操作多個軸。5速度鍵手動操作時，用這些鍵來調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動速度。6光標(biāo)鍵使用這些鍵在屏幕上按一定的方向移動光標(biāo)。7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。8模式旋鈕選擇機(jī)器人控制柜的模式（示教模式、再現(xiàn)/自動模式、遠(yuǎn)程/遙控模式）3.3機(jī)器人安全操作規(guī)程

1）禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸掛重物。

2）示教時請勿戴手套。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，需隨身攜帶示教器，以防他人誤操作。

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】、【安全開關(guān)】等。

5）在手動操作機(jī)器人時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）在察覺到有危險時，立即按下【急停鍵】，停止機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)。

1）機(jī)器人處于自動模式時，嚴(yán)禁進(jìn)入機(jī)器人本體動作范圍內(nèi)。

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，要先跟蹤一遍確認(rèn)動作，之后再使用該程序。

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)。

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，此時機(jī)器人很可能是在等待讓它繼續(xù)移動的輸入信號。

3.4手動移動機(jī)器人

(1)點動

點動機(jī)器人就是點按/微動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。每點按或微動【軸操作鍵】一次機(jī)器人移動一段距離。點動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較近的場合。點動機(jī)器人

(2)連續(xù)移動

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)移動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)的場合。連續(xù)移動機(jī)器人

(1)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系

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。工位A工位A工位B工位A工位A工位A工位B工位A提示機(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。

(2)直角坐標(biāo)系

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→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。機(jī)器人直線運(yùn)動軌跡

(3)工具坐標(biāo)系

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→選擇工具坐標(biāo)系的X軸→移動機(jī)器人到一個安全位置。末端工具規(guī)避動作

提示若設(shè)定工具的有效方向為工具坐標(biāo)系的Z軸，此時末端工具規(guī)避動作應(yīng)選Z軸進(jìn)行操作。

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。需要注意的是，手動操作機(jī)器人移動時，機(jī)器人運(yùn)動數(shù)據(jù)將不被保存。手動移動機(jī)器人操作流程

擴(kuò)展與提高

機(jī)器人TCP（工具中心點）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，工具需獲得一個用戶定義的直角坐標(biāo)系。a)未TCP標(biāo)定b)TCP標(biāo)定

機(jī)器人工具坐標(biāo)系的標(biāo)定目前，機(jī)器人工具坐標(biāo)系的標(biāo)定方法主要有外部基準(zhǔn)法和多點標(biāo)定法。

(1)外部基準(zhǔn)標(biāo)定法只需要使工具對準(zhǔn)某一測定好的外部基準(zhǔn)點，便可完成標(biāo)定，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)多點標(biāo)定法這類標(biāo)定包含工具中心點（TCP）位置多點標(biāo)定和工具坐標(biāo)系（TCF）姿態(tài)多點標(biāo)定。TCP位置標(biāo)定是使幾個標(biāo)定點TCP位置重合，從而計算出TCP，如四點法；TCF姿態(tài)標(biāo)定是使幾個標(biāo)定點之間具有特殊的方位關(guān)系，從而計算出工具坐標(biāo)系相對于末端關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的姿態(tài)，如五點法、六點法。

TCP六點法操作步驟：

1）在機(jī)器人動作范圍內(nèi)找一個精確的固定點作為參考點。

2）在工具上確定一個參考點（最好是工具中心點TCP）。

3）移動工具參考點，以四種不同的工具姿態(tài)盡可能與固定點剛好碰上。

4）機(jī)器人控制柜通過前4個點的位置數(shù)據(jù)即可計算出TCP的位置，通過后2個點即可

確定TCP的姿態(tài)。

5）根據(jù)實際情況設(shè)定工具的質(zhì)量和重心位置數(shù)據(jù)。a)位置點1b)位置點2c)位置點3d)位置點4e)位置點5f)位置點6TCP標(biāo)定過程提示TCP標(biāo)定操作要以次軸（腕部軸）為主。在參考點附近要降低速度，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)行控制點不變動作檢驗標(biāo)定效果。

如果使用搬運(yùn)類的夾具，其TCP設(shè)定方法如下：

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)。夾緊爪TCP標(biāo)定

本章小結(jié)

通?？蓪C(jī)器人運(yùn)動軸分為本體軸和外部軸兩類。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)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)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坐標(biāo)系下移動到某個位置的方法。一般采用點動和連續(xù)移動兩種方式來實現(xiàn)。點動機(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。

思考練習(xí)1、填空

(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，

________和工裝軸統(tǒng)稱_______。

(2)在進(jìn)行相對于工件不改變工具姿態(tài)的平移操作時選用_______坐標(biāo)系最

為適宜

(3)當(dāng)機(jī)器人到達(dá)離目標(biāo)作業(yè)位置較近位置時，盡量采用_______操作模式

完成精確定位。

2、選擇

(1)工業(yè)機(jī)器人常見的坐標(biāo)系有（）。

①關(guān)節(jié)坐標(biāo)系；②直角坐標(biāo)系；③工具坐標(biāo)系；④用戶坐標(biāo)系

A.①②B.①②③C.①③④D.①②③④

(2)示教器顯示屏多為彩色觸摸顯示屏，能夠顯示圖像、數(shù)字、字母和符號，

并提供一系列圖標(biāo)來定義屏幕上的各種功能，可將屏幕顯示區(qū)劃分為（）。

①菜單顯示區(qū)；②通用顯示區(qū)；③人機(jī)對話顯示區(qū)；④狀態(tài)顯示區(qū)

A.①②B.①②③C.①③D.①②③④

3、判斷

(1)在直角坐標(biāo)系下，機(jī)器人各軸可實現(xiàn)單獨正向或反向運(yùn)動。（）

(2)機(jī)器人在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下完成的動作，無法在直角坐標(biāo)系下實現(xiàn)。（）

(3)當(dāng)