《工业机器人编程、仿真及调试》实训报告书.doc

广州城建职业学院

综合实训报告

课程名称：《工业机器人编程、仿真及调试》
实训项目： 手动操纵ABB工业机器人
学生姓名： 罗吉祥
学生学号： 1509010430
所在班级： 15机电4班
指导教师： 张志杰

机电工程学院
2017-2018学年 第1学期

实训项目 手动操纵工业机器人
学习目标：
1、掌握各轴的运动规律；
　 　2、熟练使用机器人的三种运动方式；
3、能够使用示教器摇杆熟练控制机器人各轴运动；
4、能够使用增量控制机器人的步进运动；
5、培养学生认真细致的工作态度；
建议学时:
学习地点：一体化学习工作站

一、学习准备
1．主要设备：工业机器人
2．学习资料：安全操作规程、工作页、多媒体设备、焊接手册；
3．劳动保护用品：工作服、电焊手套、面罩、绝缘鞋、滤光玻璃
二、学习过程
引导问题：
1.请同学们查阅资料并写出手动模式下可以进行微动控制，无论“示教器”上显示什么视图都可以进行微动控制，但在程序执行过程中无法进行微动控制。
答：微动控制就是使用 FlexPendant 控制杆手动定位或移动机器人或外轴。 什么时候可以微动控制？ 手动模式下可以进行微动控制。无论 FlexPendant 上显示什么视图都可以进行微动控 制，但在程序执行过程中无法进行微动控制。 关于动作模式和机器人 选定的动作模式和 / 或坐标系确定了机器人移动的方式。 在线性动作模式下，工具中心点沿空间内的直线移动，即 " 从 A 点到 B 点移动 " 方 式。工具中心点按选定的坐标系轴的方向移动。 在逐轴模式下，一次只能移动一根机器人轴。因此很难预测工具中心点将如何移 动。 关于动作模式和附加轴 附加轴只能进行逐轴微动控制。附加轴可设计为进行某种线性动作或旋转 （角）动 作的轴。线性动作用于传送带，旋转动作用于各种工件操纵器。 附加轴不受选定的坐标系影响。 关于坐标系 如果工具坐标系的其中一个坐标与钻孔平行，则能轻而易举地使用机械爪将销子定 位于钻孔内。在基坐标系中执行同样的任务时，可能需要同时在 x、和 z 坐标进行微 动控制，从而增加了精确控制的难度。 选择合适的坐标系会使微动控制容易一些，但对于选择哪一种坐标系并没有简单或 唯一的答案

2. 通过观察机器人的移动方式及将其下表填写：
动作模式
控制杆图示
说明
轴 1-3 模式

机器人的1、2、3轴必须单独运动，没有联动关系。
轴 4-6 模式

线性模式

机器人的工具姿态不变，工具中心点（TCP）在空间内直线移动，各轴的转动角度由控制器运算后决定。
重定位模式

注：由于机器本体一般有六个轴且示教器上的操纵杆为三方向控制，所以“单轴模式”需要分为“轴 1-3 模式”与“轴 4-6 模式”才能完全控制机器人各个轴运动（如下图）。

3.工具中心点定义不精确是否将直接影响到机器人工作时的质量和效率
答：是

小贴士：
1、 什么是工具
工具是能够直接或间接安装在机器人转动盘上，或能够装配在机器人工作范围内固定位置上的物件。
固定装置（夹具）不是工具。
所有工具必须用TCP （工具中心点）定义。
为了获取精确的工具中心点位置，必须测量机器人使用的所有工具并保存测量数据。

2、 工具数据tooldata
工具数据tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数数据。
一般不同的机器人应用配置不同的工具，比如说弧焊的机器人就使用弧焊枪作为工具（如下图），而用于搬运板材的机器人就会使用吸盘式的夹具作为工具。

3、 工具中心点TCP（Tool Center Ponit）
以下是围绕工具中心点 (TCP) 定义工具／操纵器机械腕方向的示意图：

工具中心点 (TCP) 是定义所有机器人定位的参照点。通常 TCP 定义为与操纵器转动盘上的位置相对。
TCP 可以微调或移动到预设目标位置。工具中心点也是工具坐标系的原点。
机器人系统可处理若干 TCP 定义，但每次只能存在一个有效 TCP。
TCP 有两种基本类型：移动或静止。
移动TCP
多数应用中TCP 都是移动的，即TCP 会随操纵器在空间移动。
典型的移动 TCP 可参照弧焊枪的顶端、点焊的中心或是手锥的末端等位置定义。
静止TCP
某些应用程序中使用固定 TCP，例如使用固定的点焊枪时。 此时，TCP 要参照静止设备而不是移动的操纵器来定义。
默认工具（tool0）的工具中心点位于机器人安装法兰的中心，如下图示，图中的A点就是原始的TCP点。

TCP的设定原理如下：
1）、首先在机器人工作范围内找一个非常精确的固定点作为参考点。
2）、然后在工具上确定一个参考点（最好是工具的中心点）。
3）、用之前介绍的手动操纵机器人的方法，去移动工具上的参考点，以四种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点刚好碰上。为了获得更准确的TCP，在以下的例子中使用六点法进行操作，第四点是用工具的参考点垂直于固定点，第五点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的X方向移动，第六点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的Z方向移动。
4）、机器人通过这四个位置点的位置数据计算求得TCP的数据，然后TCP的数据就保存在tooldata这个程序数据中被程序进行调用。
4.如何定义焊接机器人（IRC1410）焊枪的工具中心点，并使得工具中心点的平均误差在0.5mm以下。
答：用四种以上不同的机器人姿态进行更精确的TCP定位

小贴士：

1、 三、评价工件;
工件是拥有特定附加属性的坐标系。它主要用于简化编程（因置换特定任务和工件进程等而需要编辑程序时）。
工件坐标系必须定义于两个框架：用户框架（与大地基座相关）和工件框架（与用户框架相关）。创建工件可用于简化对工件表面的微动控制。可以创建若干不同的工件，这样，您就必须选择一个用于微动控制的工件。

2、 坐标系;
坐标系从一个称为原点的固定点通过轴定义平面或空间。机器人目标和位置通过沿坐标系轴的测量来定位。
机器人使用若干坐标系，每一坐标系都适用于特定类型的微动控制或编程。
• 基坐标系位于机器人基座。它是最便于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。
• 工件坐标系与工件相关，通常是最适于对机器人进行编程的坐标系。
• 工具坐标系定义机器人到达预设目标时所使用工具的位置。• 大地坐标系可定义机器人单元，所有其他的坐标系均与大地坐标系直接或间接相关。它适用于微动控制、一般移动以及处理具有若干机器人或外轴移动机器人的工作站和工作单元。
• 用户坐标系在表示持有其他坐标系的设备（如工件）时非常有用。
基坐标系

基坐标系在机器人基座中有相应的零点，这使固定安装的机器人的移动具有可预测性。因此它对于将机器人从一个位置移动到另一个位置很有帮助。对机器人编程来说，其它如工件坐标系等坐标系通常是最佳选择。在正常配置的机器人系统中，当您站在机器人的前方并在基坐标系中微动控制，将控制杆拉向自己一方时，机器人将沿 X 轴移动；向两侧移动控制杆时，机器人将沿Y 轴移动。扭动控制杆，机器人将沿 Z 轴移动。
大地坐标系

大地坐标系在工作单元或工作站中的固定位置有其相应的零点。这有助于处理若干个机器人或由外轴移动的机器人。在默认情况下，大地坐标系与基坐标系是一致的。

工件坐标系

工件坐标系对应工件：它定义工件相对于大地坐标系（或其它坐标系）的位置。
工件坐标系必须定义于两个框架：用户框架（与大地基座相关）和工件框架（与用户框架相关）。机器人可以拥有若干工件坐标系，或者表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干副本。您对机器人进行编程时就是在工件坐标系中创建目标和路径。这带来很多优点：
• 重新定位工作站中的工件时，您只需更改工件坐标系的位置，所有路径将即刻随之更新。
• 允许操作以外轴或传送导轨移动的工件，因为整个工件可连同其路径一起移动。
位移坐标系

有时，会在若干位置对同一对象或若干相邻工件执行同一路径。为了避免每次都必须为所有位置编程，可以定义一个位移坐标系。
此坐标系还可与搜索功能结合使用，以抵消单个部件的位置差异。
位移坐标系基于工件坐标系而定义。
工具坐标系

工具坐标系将工具中心点设为零位。 它会由此定义工具的位置和方向。 工具坐标系经常被缩写为 TCPF (Tool Center Point Frame)，而工具坐标系中心缩写为 TCP(Tool Center Point)。执行程序时，机器人就是将 TCP 移至编程位置。这意味着，如果您要更改工具（以及工具坐标系），机器人的移动将随之更改，以便新的 TCP 到达目标。
所有机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为tool0。 这样就能将一个或多个新工具坐标系定义为tool0 的偏移值。微动控制机器人时，如果您不想在移动时改变工具方向（例如移动锯条时不使其弯曲），工具坐标系就显得非常有用。
用户坐标系

用户坐标系可用于表示固定装置、工作台等设备。这就在相关坐标系链中提供了一个额外级别，有助于处理持有工件或其它坐标系的处理设备。
反馈
— 讨论与总结
1.请分组思考当定义好焊枪工具中心点后除了看平均误差越小越精确之外，还有没有其它方法能检验工具中心点定义够精确。形成书面总结报告（不少于300字）
答： 进行工具标定，就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵，但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法，为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志，利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系，通过自动的三维空间视觉定位，实现对圆环标志的中心点的点约束，视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点（TCP）求解。重复实验的标定误差小于O．05mm，实验的绝对定位误差小于0．1mm，验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。用激光跟踪仪进行定位精度检测，激光跟踪仪具有高分辨率，工作空间大，非接触测量等优点。同时，使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其他的测量工具，省去了标定测量工具的繁琐。通过激光跟踪仪的检测得到的数据，处理可得到机器人的连杆参数，减速比和形位结构等，然后根据软件程序对TCP检测试验的数据分析处理。