工业机器人现场编程-工具坐标系测量原理-课件

工具坐标系测量原理 null 学习目标和建议 学习目标 理解工具坐标系测量的定义 掌握工具坐标系测量的 理解工具负载数据对工具坐标系测量的影响 理解工具测量的意义 学习建议 掌握有关工具坐标系测量的理论知识，并手动实践操作，加深理解，为后续完成机器人编程操作打下良好基础 本节带大家来学习工具坐标系测量原理 学完本节内容，要求大家能够理解什么是工具坐标系测量，以及工具坐标系的测量方法，并且能够懂得工具测量的意义和工具负载数据对工具坐标系测量的影响。掌握了这些内容，才能在以后的操作实践中，使工业机器人具有较高的精度，更好的完成工作任务。 null 工具坐标系的定义 工具坐标系是以参照点创建一个坐标系，这个参照点称为TCP，这个坐标系称为工具坐标系。它是一个直角坐标系（笛卡尔坐标系），其坐标系的X轴与工具工作方向一致，随着工具的移动而移动。 工具坐标系测量的定义 工具坐标系的测量是指机器人控制系统通过测量工具（工具坐标系）识别工具顶尖（TCP）相对于法兰中心点位于何处以及其方向如何。 工具坐标系测量原理 在讲述工具坐标系测量原理之前，我们先来理解什么是工具坐标系及工具坐标系测量。 工具坐标系是以参照点创建一个坐标系，这个参照点称为TCP，这个坐标系称为工具坐标系。它是一个直角坐标系，其坐标系的X轴与工具工作方向一致，随着工具的移动而移动。 工具坐标系测量是指机器人控制系统通过测量工具识别工具顶尖相对于法兰中心点位于何处以及其方向如何。 理解了这两个词的概念，我们来进行接下来的学习。 null 工具坐标系测量分几个方面？ 工具坐标系的测量主要分为2个方面： 1）确定工具坐标系的原点 2）确定工具坐标系的姿态 步骤 步骤说明 测量方法 1 确定工具坐标系的原点 XYZ4点法 XYZ参照法 2 确定工具坐标系的姿态 ABC世界坐标法 ABC2点法 或者 直接输入至法兰中心点的距离值（X，Y，Z）和转角（A，B，C），即数字输入 工具坐标系测量步骤及测量方法说明 首先来看工具坐标系的测量步骤。 工具坐标系测量主要分为两个方面，一个是确定工具坐标系的原点，另一个是确定工具坐标系的姿态。或者我们也可以直接输入至法兰中心点的距离值和转角，但这种方法需要通过测量及计算获得，有一定的难度，所以不经常使用。 我们先来看如何确定工具坐标系的原点。原点的确定可以通过XYZ4点法和XYZ参照法来测得，姿态的确定可以通过ABC世界坐标法和ABC2点法测来得，接下来我们将着重对这几种测量方法进行讲解。 null XYZ4点法的测量原理 将工具的TCP从4个不同方向移向一个参照点（一般选择尖端点或具有明显特征的点），机器人控制系统从不同的法兰位置值中计算出TCP。 XYZ 4点法测量 提醒：4个不同方向的法兰位置不能在同一个平面，且距离足够远。 我们首先来看确定原点的XYZ 4点法： XYZ 4点法测量是将工具的TCP从4个不同方向移向一个参照点，这个参照点我们一般选择尖端或者是具有明显特征的点，然后机器人控制系统会从不同的法兰位置值中计算出TCP。需要注意的一点就是，4个不同方向的法兰位置不能在同一个平面，而且要保证距离足够远才行。 null XYZ参照法的测量原理 对一件新工具与一件已测量过的工具进行比较测量，机器人控制系统比较法兰位置，并对新工具的TCP进行计算。 XYZ参照法测量 我们再来看XYZ参照法的测量： XYZ参照法是对一件新工具和一件已测量过的工具进行比较，然后机器人控制系统对这两个工具的法兰位置进行比较，从而计算出新工具的TCP。这种方法便于操作人员掌握在控制系统中具有相似几何的多个同类工具，与前一种方法相比，可以使测量行程的数量降低为2。 null ABC世界坐标系法原理 将工具坐标系的轴调整至平行于世界坐标系的轴，机器人控制系统从而得知工具坐标系统的姿态取向。 ABC世界坐标系法确定姿态可分为两种方式进行： 5D法：只将工具的作业方向告知机器人控制系统。该作业方向 默认为X轴，其它轴的方向由系统确定。 即+X工具坐标∥ -Z世界坐标 6D法：将所有3根轴的方向均告知机器人控制系统。 +X工具坐标∥ -Z世界坐标 +Y工具坐标∥+Y世界坐标 +Z工具坐标∥+X世界坐标 然后再来学习确定姿态的方法，我们先来看ABC世界坐标系法。 ABC世界坐标系法是将工具坐标系的轴调整至平行于世界坐标系的轴，机器人控制系统从而得知工具坐标系统的姿态。这种确定姿态的方法有2种。一个是5D法，也就是将工具的作业方向告知机器人控制系统，这里的作业方向默认是X轴，所以也就是将机器人工具坐标调至+X轴∥ -Z世界坐标即可。 另一个是6D法，也就是将所有3根轴的方要均告知机器人控制系统，所以需要将机器人工具坐标调至+X工具坐标∥ -Z世界坐标、+Y工具坐标∥+Y世界坐标、+Z工具坐标∥+X世界坐标 才可以 null ABC 2点法 ABC 2点法测量原理： 通过移至X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制器可得知工具坐标系的轴数据。 提醒： 此方法适用于轴方向要求必须特别精确地确定。 ABC 2点法进行方向测量 我们再来看ABC 2点法： ABC 2点法是通过移至X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控制系统从而得知工具坐标系轴的数据。这种测量方法精度较高，一般适用于轴方向要求必须特别精确地场合。 null 什么是工具负载数据？ 工具负载数据是指所有装在机器人法兰上的负载，它是另外装在机器人上并与机器人一起移动的质量。包括质量、重心位置、质量转动惯量以及所属的主惯性轴。 负载数据对控制过程的影响： 控制算法（计算加速度） 速度和加速度监控 力矩监控 碰撞监控 能量监控 等等 正确输入负载数据的重要性： 可以从它的高精度中收益 可以使运动过程具有最佳的节拍时间 可以使机器人达到长的使用寿命（由于磨损小） 讲述完工具的TCP标定，我们再来学习工具负载数据。 首先需要了解什么是工具负载数据？ 工具负载数据是指所有装在机器人法兰上的负载，它是另外装在机器人上并且与机器人一起移动的质量。需要输入的值有质量、重心位置、质量转动惯量以及所属的主惯性轴。为保证机器人精确度，负载数据必须输入到机器人控制系统，并且分配给正确的工具。 它能对许多控制过程产生影响，包括控制算法、速度和加速度监控、力矩监控、碰撞监控、能量监控等等，所以正确的输入负载数据执行其运动时，可以从它的高精度中收益，使运动过程具有最佳的节拍时间、使机器人达到更长的使用寿命。 null 工具测量有何意义？ 1）可以围绕工具TCP点改变姿态； 将工具TCP靠近一固定点，基坐标为工具坐标系 的情况下，手动操作或者6D鼠标操作机器人，不管 是什么姿态，始终与固定点接触。 2）沿工具作业方向移动； 移动机器人时，工具TCP点始终沿着工具作业 方向移动。 围绕TCP点改变姿态 沿工具作业方向移动 最后再来了解一下进行工具测量对我们进行机器人的操作有什么意义？它的意义主要有四个方面： 1）可以围绕工具的TCP改变姿态；也就是将工具TCP靠近一个固定点，在基坐标为工具坐标系的情况下，手动操作或者用6D鼠标操作机器人，不管是什么姿态，始终与固定点接触。 2）可以沿工具作业方向移动；也就是说移动机器人时，工具的TCP始终沿着工具作业方向移动。 null 3）沿着TCP上的轨迹保持已编程的运行速度； 运行程序时，工具TCP点的速度始终保持设定的速度。 4）保持定义的姿态沿轨迹运行。 在轨迹某一点定义好机器人姿态，全局坐标系下移动 机器人，其工具始终保持开始的姿态沿着轨迹运行。 沿TCP上的轨迹保持设定速度运行 保持定义姿态沿轨迹运行 3）可以沿着TCP上的轨迹保持已编程的运行速度；也就是说运行程序时，工具TCP的速度始终保持为设定的速度。 4）可以保持定义的姿态沿轨迹运行。也就是说在轨迹某一点定义好机器人姿态，在全局坐标系下移动机器人，它的工具可以始终保持开始的姿态沿轨迹运行。 null