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1、 编程手册 机器人控制系统编程手册 前言前言 机器人编程为使机器人完成某种任务而设置的动作顺序描述。 示教是机器人编程的一种重要 方式，通过预先设置好机器人要达到的位置，以指令描述出来。本手册旨在帮助读者学习和 掌握栋梁的机器人示教软件 InoTeachPad 的编程方法。 1 基本概念基本概念 1.1 机机型型 根据轴数、串联/并联这些特性，可对机器人分类。如下表列出了几种常见的机器人： 名称 串联 6 轴机器人 Delta机器人 Scara 机器人 图片 J J1 1 J J2 2 J J3 3 J J4 4 J J6 6 J J5 5 J J2 2 J J1 1 J J4 4 J J3
2、3 轴数 6 4 4 串/并联 串联机器人 并联机器人 串联机器人 特点 灵活性极高，几乎适合于任何 轨迹或角度的工作 精度高 结构轻便、响应快 应用场 合 应用范围极广， 有装货、 喷漆、 测量、弧焊、点焊、包装、装 配、锻造、铸造等 医药食品的搬运、分拣等 装配、运输 1.2 坐标系坐标系 1.2.1 关节坐标系关节坐标系 关节坐标系存在于机器人各关节处。 编程手册 第第1 1轴轴（J J1 1） -+ 第第2 2轴轴（J J2 2） + - 第第3 3轴轴（J J3 3） + - + - 第第4 4轴轴（J J4 4） 第第5 5轴轴（J J5 5） 第第6 6轴轴（J J6 6） +
3、- + - 1.2.2 基坐标系基坐标系 基坐标系也称机器人坐标系，一般位于机器人根部。 基坐标系基坐标系 Z X Y Y X Z 基坐标系基坐标系 Z X Y 基坐标系基坐标系 基坐标系是笛卡尔类型的坐标系，后文中工具坐标系、用户坐标系也是。它们都符合右手定 则，即可先确定 X 和 Z 方向，再由右手定则确定 Y 方向。 Y X Z 右手定则右手定则 编程手册 1.2.3 工具坐标系工具坐标系 工具坐标系附着于工具上，一般取工具末端点作为工具坐标系原点，方向可自由定义。 在 InoTeachPad 示教器中，最多可定义 16 个工具坐标系。其中工具 0 固定为不使用工具， 此时工具坐标系位于
4、机器人本体末端；工具 115 可由用户自由定义。 Z X Y 工具坐标系工具坐标系0 0 Y X Z 工具坐标系工具坐标系0 0 X Z Y 工具坐标系工具坐标系0 0 工具坐标系设置方法详见 3.2.3 a 工具坐标系设置。 1.2.4 用户坐标系用户坐标系 用户坐标系是用户自定义的坐标系，一般定义于工件上。 编程手册 工件工件 在 InoTeachPad 示教器中，最多可定义 16 个用户坐标系。其中用户 0 固定为不使用额外的 用户坐标系，此时用户坐标系与基坐标系重合；用户 115 可由用户自由定义。 用户坐标系设置详见 3.2.3 b 用户坐标系设置。 注意：对于 Scara、Delt
5、a 机器人，规定用户坐标系的+Z 方向始终与基坐标系的+Z 方向成锐 角。即对于 scara，由于基坐标系+Z 向上，故用户坐标系+Z 被强制定义为相对朝上；对于 Delta，由于基坐标系+Z 向下，故用户坐标系+Z 被强制定义为相对朝下。 Y X Z 用户坐标系用户坐标系 Y X Z 基坐标系基坐标系Y X Z 用户坐标系用户坐标系 基坐标系基坐标系 用户坐标系用户坐标系 基坐标系基坐标系 用户坐标系用户坐标系 Z Z Z 正确错误 0 Y X Z 基坐标系基坐标系 编程手册 1.3 位置变量位置变量 栋梁机器人控制系统中，点用“位置变量”表达，它是一个绝对量，它以（坐标值）+（坐 标系）+
6、（工具号）+（用户号）+（臂参数）的形式描述。 1.3.1 坐标系与坐标值坐标系与坐标值 坐标系指机器人取点时所用的坐标系。 用坐标系号 14 表示不同的坐标系， 对应不同坐标系， 坐标值的涵义不同。在关节坐标系下，坐标值取关节值（J1,J2,J3,J4,J5,J6）。选用其它坐标 系，坐标值用“平动(X,Y,Z)+转动(A,B,C)”的形式表达。A,B,C 分别表示绕 Z,Y,X 的旋转。 关节 坐标 系下 取点 坐标系号为 1， 坐标值 （J1,J2,J3,J4,J5,J6） 表示机器人各关节位置（当前关节值相 对于关节零点的位置） 。 J J1 1 J J2 2 J J3 3 J J5
7、5 J J6 6 J J4 4 基坐 标系 下取 点 坐标系号为 2，坐标值（X,Y,Z,A,B,C）表 示机器人本体末端点相对于基坐标系 的位姿。 基坐标系基坐标系 机器人本体末端机器人本体末端 点点（不含工具不含工具） 工具 坐标 系下 取点 坐标系号为 3，坐标值（X,Y,Z,A,B,C）表 示工具在基坐标系下的位姿。 基坐标系基坐标系 工具工具 编程手册 用户 坐标 系下 取点 坐标系号为 4，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 。 表示工具在用户坐标系下的位姿。 用户坐标系用户坐标系 工具工具 注意： 四轴机器人的位置变量只有（X,Y,Z,A） ，A 表示绕 Z 旋转。 1.3.2 工
8、具号与用户号工具号与用户号 工具号：机器人保存点时使用的工具序号。 用户号：机器人保存点时使用的用户坐标系序号。 在 InoTeachPad 示教器中，最多可定义 16 个工具坐标系和 16 个用户坐标系。工具 0 是系统 默认的，表示不采用工具，工具末端点为机器人本体末端；工具 115 为用户定义的工具。 用户号 0 是系统默认， 表示不采用用户坐标系， 此时用户坐标系与基坐标系重合， 用户 115 为用户自定义的坐标系。 示例： 位置变量 P0表示在关节坐标系下取的点，当时所采用的工具号为 0，用户号为 0。 位置变量 P1表示在关节坐标系下取的点，当时所采用的工具号为 2，用户号为 3。
9、 位置变量 P2表示在基坐标系下取的点，当时所采用的工具号为 2，用户号为 3。 位置变量 P3表示在工具坐标系下取的点，当时所采用的工具号为 2，用户号为 3。 位置变量 P4表示在用户坐标系下取的点，当时所采用的工具号为 2，用户号为 3。 位置变量 P1、P2、P3、P4可以是空间中同一点，只是取点时选用不同的坐标系，如下 图： 编程手册 用户坐标系用户坐标系3 3 工具工具2 2 工具工具0 0 用户坐标系用户坐标系0 0 P P 0 0 P P 1 1 、P P 2 2 、 P P 3 3 、P P 4 4 1.3.3 臂参数臂参数 机器人控制目标点到达空间同一位姿时，机器人可能存在
10、几种不同的手臂姿势。 对于串联 6 轴机器人，在腰关节、肘关节、腕关节、第六轴处各有一个臂参数。 臂参数 1 臂参数 2 臂参数 3 -1 1 -1 1 -1 1 腰部向前 腰部向后 肘部向上 肘部向下 手腕不翻转 手腕翻转 臂参数 4 -1 0 1 轴 6（-360-180） 轴 6（-180180） 轴 6（180360） -360 -180+180 +360 对于 Scara 机器人，只有一个臂参数 1，存在两种取值+1 和-1。S 臂参数 1 -1 1 编程手册 左手臂 右手臂 Delta 机器人无臂参数。 注意：示教后直接修改臂参数，将会使机器人以另外一种臂姿势到达空间同一点，运动变
11、化 很大，这很可能造成危险，需要慎重！ 1.4 平移变量平移变量 平移变量用于描述在指定坐标系下的偏移向量。平移变量用（坐标值）+（坐标系）+（工具 号）+（用户号）的形式描述。 坐标系号用于记录平移变量在哪一个坐标系下的表示。 关节平 移 坐标系号为 1，（J1,J2,J3,J4,J5,J6）表 示机器人各关节的运动量。 工具号、用户号无意义。 J J1 1 J J2 2 J J3 3 J J5 5 J J6 6 J J4 4 末端沿 基坐标 系平移 坐标系号为 2，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 表示机器人末端在基坐标系下的偏移 量： XYZ 是末端在基坐标轴 XYZ 方向偏移 量； A
12、BC 是末端绕基坐标轴 ZYX 的旋转 量。 工具号、用户号无意义。 基坐标系基坐标系 机器人本体末端机器人本体末端 点点（不含工具不含工具） 编程手册 TCP 沿基坐 标系平 移 坐标系号为 3，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 表示工具在基坐标系下的偏移量： XYZ 是 TCP 在基坐标轴 XYZ 方向偏移 量，效果与末端沿基坐标系平移 XYZ 相同；ABC 是 TCP 绕基坐标轴 ZYX 的 旋转量。 工具号指明是哪个工具，用户号无意 义。 基坐标系基坐标系 工具工具 TCP 沿 用户坐 标系平 移 坐标系号为 4，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 表示工具在用户坐标系下的偏移量： XY
13、Z是TCP在用户坐标系XYZ方向偏移 量； ABC 是 TCP 绕用户坐标轴 ZYX 的旋转 量。 工具号指明是哪个工具，用户号指明 是哪个用户坐标系。 用户坐标系用户坐标系 工具工具 相对平 移 坐标系号为 0，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 仅表示一个相对平移量。 工具号、用户号无意义，由 Mov 指令 中的 Tool、User 确定是何种平移。 Mov 中不带 Tool 和 User 时，效果同末端 沿基坐标系平移； Mov 中带 Tool、不带 User 时，效果同 TCP 沿基坐标系平移； Mov 中带 Tool 和 User 时，效果同 TCP 沿用户坐标系平移。 TCP 沿 工
14、具坐 标系自 身的平 移 坐标系号为 5，坐标值（X,Y,Z,A,B,C） 表示TCP绕工具自身坐标系的偏移量： XYZ是TCP在工具自身坐标系XYZ方向 偏移量； ABC 是 TCP 绕用户坐标轴 ZYX 的旋转量。 工具号指明是哪个工具，用户号无意 义。 工具工具 示例： 编程手册 平移变量PR0表示关节平移，各平移量为 J1=10,J2=20,J3=30,J4=40,J5=50,J6=60。 平 移 变 量PR1表 示 末 端 在 基 坐 标 系 下 的 平 移 ， 平 移 量 为 X=10mm,Y=20mm,Z=30mm,A=40,B=50,C=60。 平 移 变 量PR2表 示 工
15、具1的TCP在 基 坐 标 系 下 的 平 移 ， 平 移 量 为 X=10mm,Y=20mm,Z=30mm,A=40,B=50,C=60。 平移变 量 PR3 表示工具 1 的 TCP 在 用户坐标 系 1 下的平移，平移量 为 X=10mm,Y=20mm,Z=30mm,A=40,B=50,C=60。 平移变量PR4表示相对平移，平移量为 X=10mm,Y=20mm,Z=30mm,A=40,B=50,C=60 ，此处的工具号、用户号无效，由外 部指定。 平 移 变 量PR5表 示TCP沿 工 具 坐 标 系1自 身 的 平 移 ， 平 移 量 为 X=10mm,Y=20mm,Z=30mm,A
16、=40,B=50,C=60 。 指令中的关于平移变量使用： 计算两点间平移变量指令Msft：平移变量的计算统一采用以第一个点为基准点，即 平移变量的坐标系与第一个点相同，第二个点的数据会转换成第一个点坐标系下的值， 然后进行平移变量的计算。详见 2.5.1 节 Msft 指令。 平移变量直接赋值指令Pr*=(X,Y,Z,A,B,C)：是默认坐标系 0、工具号 0、用户号 0。 详见 2.5.2 节 Pr*指令。 平移变量的加减指令Pr Sum：用户需要在同一坐标系下进行数据加减，若不同，报 错。详见 2.5.3 节 Pr Sum 指令。 基于某点的平移 Offset(P,PR)：对于非关节平移，只需根据实际需要的设置 Pr 及运动指 令中的 Tool、User 参数即可。详见 2.3.1 节 Movj 中的 Offset 使用。 1
