工业机器人技术及应用(教案)3手动操纵工业机器人

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1、第三章手动操纵工业机器人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 认识和使用示教器学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习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3.4.2 典型坐标系下的手动操作课前回顾工业机器人主要由哪几部分组成?如何判别工业机器人的点位运动和连续路径运动?学习目标认知目标* 了解工业机器人的安全操作规程* 熟悉示教器的按键及使用功能*掌握机器人运动轴与坐标系*掌握手动移动机器人的流程和方法能力目标* 能够熟练进行机器人坐标系

2、和运动轴的选择*能够使用示教器熟练操作机器人实现点动和连续移动导入案例UniversalRobots公司推出革命性的新型工业机器人UR5机器人自重很轻(仅18.4kg),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。课堂认知3.1 机器人运动轴与坐标系3.1.1

3、 机器人运动轴的名称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。机器人系统中个运动轴的定义AHB机辟人KUKA机曙人典型机器人操作机各运动轴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目前,大部分商用工业机器人系统中,均可使用关节坐标系、宜角坐标系、工具坐标系和用片坐标系,而工具坐标系和用片坐标系同属于宜角坐标系范畴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

4、的中心,安装工具后TCP点将发生改变。(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。(2)宜角坐标系(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。轴瓷型主轴(基星轴宜角坐标系原点宜角坐标系下的各轴动作轴 杆檎动fl说明沿X牛也平沿Y轴平存矜动沿Z轴平f: 移功较期工具所指方向转(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),而丫轴、Z轴由右手法则确定。在

5、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。1工具坐标系原点工具坐标系下的各轴动作功作动作示汾YHit祸7轴和(4)用片坐标系可根据需要定义用尸坐标系。当机器人配备多个工作台时,选择用片坐标系可使操作更为简单。在用片坐标系中,TCP点将沿用片自定义的坐标轴方向运动。用尸坐标系原点用尸坐标系下的各轴动作及巾交型轴动作朗惟图示轴ft做动柞说明主鞋X釉沿XWT齐穗动Jbt牡绕X站H彳|Y轴祜轴平A(腕部釉)Ry轴kjr常空由炭彳nj-,Z抽沿Z轴平彳1Rz牺绕Z轴嵯彳提示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,同样可在宜角坐标系下实现。机器人在关节坐标系下的动

6、作是单轴运动,而在宜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。关节坐标系下的单轴运动3.2认识和使用示教器FANUC iPe ndant宜角坐标系下的多轴协调运动YASKAWA DX100ABB FlexPeKUKA smartPADndant工业机器人行业四巨头的最新示教器产品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、各种设定进行显示和编辑。状态显示区显示系统当前状态,如动作坐标系、机器

7、人移动速度等。显示的信息根据控制相的模式(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。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】/【Jog键】、【速度键】、【光标键】、【功能键】、【模式旋钮】序号按键名称按键功能1急停键通过切断伺服电源立刻停止机器人和外部轴操作。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。2安全开关在操作时确保操作者的安全。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。一旦松开或按紧,切断伺服电源,机器人立即停止运动。3坐标选择键手动操作时,机器人的动作坐

8、标选择键。可在关节、宜角、工具和用片等常见坐标系中选择。此键每次,坐标系变化一次。4轴操作键对机器人各轴进行操作的键。只有按住轴操作键,机器人才可动作。可以按住两个或更多的键,操作多个轴。5速度键手动操作时,用这些键来调整机器人的运动速度。6光标键使用这些键在屏幕上按/的方向移动光标。7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。8模式旋钮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)3.3机器人安全操作规程3.3.1 示教和手动机器人时1)禁止用力摇晃机械臂及在机械臂上悬挂重物。等需随身携带示键】、【安全开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

9、帽、保护用具3)未经许可不能擅自进入机器人工作区域。调试人员进入机器人工作区域时,教器,以防他人误操作。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【急停关】等。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。9 .3.2再现和生产运行时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。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

10、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。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。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下这些按钮。6)永远不要认为机器人没有移动,具程序就已经完成,此时机器人很可能是在等待让它继续移动的输入信号。3.4手动移动机器人341移动方式点动点动机器人就是点按/微动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。每点按或微动【轴操作键】一次机器人移动一段距离。点动机器人主要用在示教时离目标位置较近的场合。点动机器人(2)连续移动连续移动机器人则是长按/拨动【轴操作键】来移动机器人手

11、臂的方式。连续移动机器人主要用在示教时离目标位置较远的场合。连续移动机器人342典型坐标系下的手动操作(1)关节坐标系关键步骤:系统上电开机fA工位机器人手动示教f选择关节坐标系f移机器人到B工位/旋转回转机fB工位机器人手动示教。提示机器人外部轴的运动控制,只能在关节坐标系下进行。(2)宜角坐标系关键步骤:系统上电开机f选择关节坐标系f变换末端工具姿态至作业姿态f选择宜角坐标系Af移动机器人至宜线轨迹的开始点f选择宜角坐标系的丫轴f移动机器人至宜线轨迹的结束点。工位B双工位操作双工位+变位机操作演动到拉机器人宜线运动轨迹(3)工具坐标系关键步骤:-选择宜角坐标系-移动机器人到作业轨迹的结束点

12、-选择工具坐标系的X轴-移动机器人到一个安全位置。末端工具规避动作提示若设定工具的有效方向为工具坐标系的Z轴,此时末端工具规避动作应选Z轴进行操作。手动移动机器人运动,具基本操作流程可归纳:示教前的准备和手动移动机器人。需要注意的是,手动操作机器人移动时,机器人运动数据将不被保存。it.i轻捋安光开光接遹他赃电源it点日勺1步诳连续移动手?轴运动动塞轴协调模机惋托【轴捧作就J选择运前轴手动移动机器人操作流程扩展与提高机器人TCP(工具中心点)标定工具坐标系的准确度宜接影响机器人的轨迹精度。默认工具坐标系的原点位于机器人安装法兰的中心,当接装不同的工具(如焊枪)时,工具需获得一个用尸定义的宜角坐

13、标系。a)未TCP标定b) TCPLH坐标系的标定目前,机器人工具坐标系的标定方法主要有外部基准法和多点标定法。(1) 外部基准标定法只需要使工具对准莫一测定好的外部基准点,便可完成标定,标定过程快捷简便。但这类标定方法依赖于机器人外部基准。(2) 多点标定法这类标定包含工具中心点(TCP)位置多点标定和工具坐标系(TCF)姿态多点标定。TCP位置标定是使几个标定点TCP位置重合,从而计算出TCP,如四点法;TCF姿态标定是使几个标定点之间具有特殊的方位关系,从而计算出工具坐标系相对于末端关节坐标系的姿态,如五点法、六点法。TCP六点法操作步骤:1 )在机器人动作范围内找一个精确的固定点作为参

14、考点。2 )在工具上确定一个参考点(最好是工具中心点TCP)。3 )移动工具参考点,以四种不同的工具姿态尽可能与固定点刚好碰上。4 )机器人控制柜通过前4个点的位置数据即可计算出TCP的位置,通过后2个点即可确定TCP的姿态。5 )根据实际情况设定工具的质M和重心位置数据。a)位置点1位置点2c)位置点3位置点6d)位置点4e)位置点5f)提示TCP标定操作要以次轴(腕部轴)为主。在参考点附近要降低速度,以免相撞。TCP标定后,可通过在关节坐标系以外的坐标系中进行控制点不变动作检验标定效果。如果使用搬运类的夹具,具TCP设定方法如下:以搬运物料袋的夹紧爪为例,其结构对称,重心在默认工具坐标系的Z方向偏移一定距离,可在设置页面宜接手动输入偏移M数值、质M数据。夹紧爪TCP标定本旗小结通常可将机器人运动轴分为本体轴和外部轴两类。本体轴属

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