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1、工业机器人技术及应用 手动操纵工业机器人 主 编：兰 虎 课前回顾 所 处 位 置 工业机器人的主要技术指标 有哪些？ 工业机器人的点位运动和连续路 径运动？【 课 前 回 顾 】 章节目录 3.1 机器人运动轴与坐标系 3.1.1 机器人运动轴的名称 3.1.2 机器人坐标系的种类 3.2 认识和使用示教器 思考练习 学习目标 导入案例 扩展与提高 课堂认知 3.3 机器人安全操作规程 3.3.1 示教和手动机器人时 3.3.2 再现和生产运行时 3.4 手动移动机器人 3.4.1 移动方式 返回 3.4.2 典型坐标系下的手动操作 目录 本章小结 学习目标 所 处 位 置 能够熟练进 行机
2、器人坐标 系和运动轴的 选择 【 学 习 目 标 掌握机器人 运动轴与坐标 系 】 返回 目录 认知目标能力目标导入案例 所 处 Universal Robots 公司推出革命性的新型工业机器人 位 置 UR5 机器人自重很轻（仅 18.4 kg ） ，可以方便地在生产场地移动，而且不 需要繁琐的安装与设置就可以迅速地融 入到生产线中，与员工交互合作。编程 过程可通过教学编程模式实现，用户可 以扶住 UR 机械臂，手动引导机械臂， 按所需的路径及移动模式运行机械臂一 次， UR 机器人就能自动记住移动路径 和模式。机器人通过一套独特的、友好 的图形用户界面操作，在触摸屏幕上， 有一系列范围广泛
3、的功能让用户选择。 任何重复性的生产过程，都能够使用它 并从中受益。【 导 入 案 例 】 3.1 机器人运动轴与坐标系 3.1.1 机器人运动轴的名称 所 处 位 通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装 轴， 基座轴 和工装轴 统称 外部轴 。 置 【 机器人操作机（本体）的轴，属 课 机器人轴 机器人操作机（本机） 的轴，属于机器人本身 。 堂 认 知 】 基座轴 工装轴 机器人整体移动的轴，如行走 轴（滑移平台或导轨）。 机器人轴和基座轴以外的 轴，指使工装夹具翻转和 回转的轴机器人系统中各个运动轴的定义 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴
4、2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 3.1 机器人运动轴与坐标系 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 A1 、 A2 和 A3 三轴（轴 1 、轴 2 和轴 3 ）称为基本轴或主轴， 用以保证末端执行器达到工作空间的任意位置。 A4 、 A5 和 A6 三轴（轴 4 、轴 5 和轴 6 ）称为腕部轴或次轴， 用以实现末端执行器的任意空间姿态。 3.1.2 机器人坐标系的种类 所 目前，大部分商用工业机器人系统中，均可使用关节坐标系 、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系， 而工具坐标系和用户 坐标系同属于直角坐标系范畴 。 处 位 置 【 课 堂 认
5、 知 】 关节坐标系 机器人坐 工具坐标系 标系种类 直角坐标系 用户坐标系 TCP 为机器人系统控制点，出厂是默认位于最后一个运 动轴或安装法兰的中心，安装工具后 TCP 点将发生改变。 所 (1) 关节坐标系 在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动 。对大范围运动，且不要求 TCP 姿态的，可选择关节坐标系。 处 位 置 轴名称 轴类型 动作说明 动作图示 ABB FANUC YASKAWA KUKA 【 本体 课 轴 1 S 轴 J1 A1 左右回转 堂 认 知 主轴 （基本轴 ） 大臂 轴 2 L 轴 J2 A2 】 上下运动 小臂 轴 3 U 轴 J3 A3 前后运动
6、手腕 轴 4 R 轴 J4 A4 回旋运动 次轴 手腕 轴 5 B 轴 J5 A5 上下摆运动 （腕部轴） 手腕 轴 6 T 轴 J6 A6 圆周运动 所 (2) 直角坐标系（世界坐标系、大地坐标系） 机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一 ，原点定义 在机器人安装面与第一转动轴的交点处， X 轴向前， Z轴向 上， Y 轴按右手法则确定。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 Z X Y 直角坐标系原点 所 直角坐标系下的各轴动作 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 轴 动作 轴 动作 轴类型 动作图示 轴类型 动作图示 名称 说明 名称 说明 沿 X 轴平 X 轴 U 轴 绕 Z 轴旋转 行
7、移动 主轴 次轴 沿 Y 轴平 Y 轴 V 轴 绕 Y 轴旋转 （基本轴 ）（腕部 行移动 轴） 绕末端工 沿 Z 轴平行移动 Z 轴 W 轴 具所指方 向旋转 Z X Y 沿 X 轴平行移动 Z X Y 沿 Y 轴平行移动 所 (3) 工具坐标系 原点定义在 TCP 点，并且假定工具的有效方向 为 X 轴（有些机器人厂商将工具的有效方向定义为 Z 轴），而 Y 轴、 Z 轴由右手法则确定。 在进行相对于工件不改变工具姿 态的平移操作时选用该坐标系最为适宜。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 Y X Z 工具坐标系原点 工具坐标系下的各轴动作 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 轴 动作
8、 轴 动作 轴类型 动作图示 轴类型 动作图示 名称 说明 名称 说明 沿 X 轴平 X 轴 Rx 轴 绕 X 轴旋转 行移动 主轴 次轴 沿 Y 轴平 Y 轴 Ry 轴 绕 Y 轴旋转 （基本轴） （腕部轴） 行移动 沿 Z 轴平Z 轴 Rz 轴 绕 Z 轴旋转 行移动 Z Y X 所 处 (4) 用户坐标系 可根据需要定义用户坐标系。 当机器人配备多个工作台时， 选择用户坐标系可使操作更为简单 。在用户坐标系中， TCP 点 将沿用户自定义的坐标轴方向运动。 位 置 【 课 堂 认 知 】 用户坐标系原点 用户坐标系下的各轴动作 轴 动作 轴 动作 轴类型 动作图示 轴类型 动作图示 名称
9、 说明 名称 说明 沿 X 轴平 X 轴 Rx 轴 绕 X 轴旋转 行移动 主轴 次轴 沿 Y 轴平 Y 轴 Ry 轴 绕 Y 轴旋转 （基本轴） （腕部轴） 行移动 沿 Z 轴平Z 轴 Rz 轴 绕 Z 轴旋转 行移动 3.1 机器人运动轴与坐标系 不同的机器人坐标系功能等同，即机器人在关节坐标系下完成的 动作，同样可在直角坐标系下实现。 所 处 位 提示 机器人在关节坐标系下的动作是单轴运动，而在直角坐标系下则是 多轴联动。除关节坐标系以外，其他坐标系均可实现控制点不变动作 （只改变工具姿态而不改变 TCP 位置）在进行机器人 TCP 标定时经 常用到。 置 【 课 堂 认 知 】 动作前
10、 动作后 关节坐标系下的单轴运动 直角坐标系下的多轴协调运动 动作后 动作中 动作前 动作中 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1
11、 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 A5 轴 5 A4 轴 4 A6 A3 轴 3 轴 6 A2 轴 2 A1 轴 1 ABB 机器人 KUKA 机器人 典型机器人操作机各运动轴 3.2 认识和使用示教器 所 处 位 置 【 课 堂 KUKA smartPAD ABB FlexPendant 认 知 】 YASKAWA DX100 FANUC iPendant 返回 目录 工业机器人行业四巨头的最新示教器产品 16/3
12、4 3.2 认识和使用示教器 示教器主要由 显示屏 和各种操作 按键 组成，显示屏主要有 4 个显示区组成。 所 处 位 置 菜单显示区 显示操作屏主菜单和子菜单。 通用显示区 在通用显示区，可对作业程序、特性文件、各种设定进行显 【 课 示和编辑。 堂 认 知 状态显示区 显示系统当前状态，如动作坐标系、机器人移动速度等。显 】 示的信息根据控制柜的模式（示教或再现）不同而改变。 人机对话显示区 在机器人示教或自动运行过程中，显示功能图标以及系 统错误信息等。 返回 目录 17/34 3.2 认识和使用示教器 示教器按键设置主要包括【急停键】、【安全开关】、【坐标选择键】、【 轴操作键】 /
13、 【 Jog 键】、【速度键】、【光标键】、【功能键】、【模式旋钮】 所 处 等。 位 置 序号 按键名称 按键功能 通过切断伺服电源立刻停止机器人和外部轴操作。 急停键 一旦按下，开关保持紧急停止状态；顺时针方向旋转解除紧急停止状态 【 1 课 。 堂 在操作时确保操作者的安全。 认 只有安全开关被按到适中位置，伺服电源才能，机器人方可动作。 安全开关 知 2 】 一旦松开或按紧，切断伺服电源，机器人立即停止运动。 手动操作时，机器人的动作坐标选择键。 可在关节、直角、工具和用户等常见坐标系中选择。 坐标选择键 3 此键每按一次，坐标系变化一次。 对机器人各轴进行操作的键。 只有按住轴操作键
14、，机器人才可动作。 轴操作键 4 可以按住两个或更多的键，操作多个轴。 速度键 手动操作时，用这些键来调整机器人的运动速度。 5 光标键 使用这些键在屏幕上按一定的方向移动光标。 6 功能键 使用这些键可根据屏幕显示执行指定的功能和操作。 7 返回 选择机器人控制柜的模式（示教模式、再现 / 自动模式、远程 / 遥控模式等 目录 模式旋钮 8 ）。 18/34 3.3 机器人安全操作规程 3.3.1 示教和手动机器人时 所 处 位 1 ）禁止用力摇晃机械臂及在机械臂上悬挂重物。 置 2 ）示教时请勿戴手套。穿戴和使用规定的工作服、安全鞋、安全帽、保护用具等 3 ）未经许可不能擅自进入机器人工作
15、区域。调试人员进入机器人工作区域时， 需 【 随身携带示教器，以防他人误操作。 课 堂 4 ）示教前，需仔细确认示教器的安全保护装置是否能够正确工作，如【急停键】、 认 【安全开关】等。 知 】 5 ）在手动操作机器人时要采用较低的倍率速度以增加对机器人的控制机会。 6 ）在按下示教器上的【轴操作键】之前要考虑到机器人的运动趋势。 7 ）要预先考虑好避让机器人的运动轨迹，并确认该路径不受干涉。 8 ）在察觉到有危险时，立即按下【急停键】，停止机器人运转。 返回 目录 19/34 3.3 机器人安全操作规程 3.3.2 再现和生产运行时 所 处 1 ）机器人处于自动模式时，严禁进入机器人本体动作范围内。 位 置 2 ）在运行作业程序前，须知道机器人根据所编程序将要执行的全部任务。 3 ）使用由其他系统编制的作业程序时，要先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序。 【 课 堂 4 ）须知道所有会左右机器人移动的开关、传感器和控制信号的位置和状态。 认 知 】 5 ）必须知道机器人控制器和外围控制设备上的【急停键】的位置，准备在紧急情况 下按
