工业机器人技术及应用第3章 PPT.pptx
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工业机器人技术及应用第3章 PPT.pptx
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大家好,1,工业机器人技术及应用手动操纵工业机器人,讲授:
王兴,章节目录,大家1/好34,2,思考练习,学习目标,导入案例,返回目录,机器人运动轴与坐标系机器人运动轴的名称机器人坐标系的种类认识和使用示教器课堂认知扩展与提高本章小结机器人安全操作规程示教和手动机器人时再现和生产运行时手动移动机器人移动方式典型坐标系下的手动操作,课前回顾,返回目录,大家2/好34,3,所处位置,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?
【课前回顾】,学习目标,返回目录,大家3/好34,3,所处位置,【学习目标】,能够熟练进行机器人坐标系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,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,导入案例,性的生产过程,都能够使用它并从中受益。
返回目录,大家4/好34,5,UniversalRobots公司推出革命性的新型工业机器人,所处位置,【导入案例】,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,3.1机器人运动轴与坐标系,机器人系统中个运动轴的定义,目录,大家5/好34,6,所处位,3.1.1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,置,工装轴统称外部轴。
机器人轴,机器人操作机(本体)的轴,属于机器人本身。
【课堂认知】,基座轴,工装轴,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。
机器人整体移动的轴,如行走轴(滑移平台或导轨)。
返回,3.1机器人运动轴与坐标系,目录,实现末端执行器的任意空间姿态。
大家6/好34,7,3.1.1机器人运动轴的名称,轴5,A5A4,所处位置,轴4,A6,A3,轴3,轴6,【课堂认知】,A2,轴2,A1,轴1,ABB机器人,KUKA机器人,返回,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,3.1机器人运动轴与坐标系,大家7/好34,8,所处位,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、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。
置,关节坐标系,工具坐标系,【课堂认知】,机器人坐标系种类,直角坐标系用户坐标系,返回目录,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。
3.1机器人运动轴与坐标系,大家8/好34,9,3.1.2机器人坐标系的种类,
(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。
所处位,置,对大范围运动,且不要求TCP姿态的,可选择关节坐标系。
轴名称,轴类型动作说明,动作图示,本体左右回转,【课堂认知】,主轴(基本轴),大臂上下运动,小臂前后运动手腕回旋运动,手腕弯曲运动,次轴(腕部轴),返回目录,手腕扭曲运动,3.1机器人运动轴与坐标系,大家9/好34,9,3.1.2机器人坐标系的种类
(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,所处位,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,置,轴向上,Y轴按右手法则确定。
【课堂认知】,Z,X,Y,直角坐标系原点,返回目录,3.1机器人运动轴与坐标系,返回目录,大1家0好/34,11,3.1.2机器人坐标系的种类直角坐标系下的各轴动作,所处位,轴类型,动作图示轴类型,动作图示,轴名称,动作说明,轴名称,动作说明,置,X轴,U轴绕Z轴旋转,沿X轴平行移动,【课堂认知】,Y轴,V轴绕Y轴旋转,沿Y轴平行移动,主轴(基本轴),次轴(腕部轴),Z轴,沿Z轴平行移动,绕末端工W轴具所指方向旋转,3.1机器人运动轴与坐标系,返回目录,工具坐标系原点,大1家1好/34,12,所处位,3.1.2机器人坐标系的种类(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,置,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。
【课堂认知】,Y,X,Z,3.1机器人运动轴与坐标系,返回目录,大1家2好/34,13,3.1.2机器人坐标系的种类,轴类型,工具坐标系下的各轴动作动作图示轴类型,动作图示,轴名称,动作说明,轴名称,动作说明,所处位置,X轴,Rx轴绕X轴旋转,沿X轴平行移动,【课堂认知】,沿Y轴平行移动,主轴(基Y轴本轴),次轴(腕Ry轴绕Y轴旋转部轴),Z轴,Rz轴绕Z轴旋转,沿Z轴平行移动,3.1机器人运动轴与坐标系,用户坐标系原点,返回目录,大1家3好/34,14,3.1.2机器人坐标系的种类,(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,所处位,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,置,标轴方向运动。
Z,【课堂认知】,Y,X,3.1机器人运动轴与坐标系,返回目录,大1家4好/34,16,3.1.2机器人坐标系的种类,用户坐标系下的各轴动作,轴类型,动作图示,轴类型,动作图示,轴名称,动作说明,轴名称,动作说明,所处位置,X轴,Rx轴绕X轴旋转,沿X轴平行移动,【课堂认知】,Y轴,Ry轴绕Y轴旋转,沿Y轴平行移动,主轴(基本轴),次轴(腕部轴),Z轴,Rz轴绕Z轴旋转,沿Z轴平行移动,3.1机器人运动轴与坐标系,返回目录,大1家5好/34,16,所处位,提示,置,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。
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。
【课堂认知】,动作后动作中动作前,动作前动作中动作后,关节坐标系下的单轴运动,直角坐标系下的多轴协调运动,3.2认识和使用示教器,目录,工业机器人行业四巨头的最新示教器产品,大1家6好/34,17,所处位置,KUKAsmartPAD,ABBFlexPendant,【课堂认知】,YASKAWADX100,FANUCiPendant,返回,3.2认识和使用示教器,目录,大1家7好/34,18,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,所处位置,显示操作屏主菜单和子菜单。
在通用显示区,可对作业程序、特性文件、各种设定进行显,通用显示区示和编辑。
【课堂认知】,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,3.2认识和使用示教器,)。
大1家8好/34,19,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】等。
所处位,序号按键名称按键功能,置,急停键,1,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。
【课堂,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,8,3.3机器人安全操作规程,返回目录,大1家9好/34,20,3.3.1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,)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,需随身携带示教器,以防他人误操作。
)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】、【安全开关】等。
【课堂认知】,)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。
)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。
)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。
)在察觉到有危险时,立即按下【急停键】,停止机器人运转。
3.3机器人安全操作规程,返回目录,大2家9好/34,20,3.3.2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。
所处位,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。
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。
【课堂认知】,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下这些按钮。
6)永远不要认为机器人没有移动,其程序就已经完成,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,目录,点动机器人,大2家1好/34,22,3.4.1移动方式,所处位置,
(1)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。
【课堂认知】,返回,3.4手动移动机器人,目录,大2家2好/34,23,3.4.1移动方式,所处位置,
(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。
【课堂认知】,返回,连续移动机器人,3.4手动移动机器人,提示,目录,大2家3好/34,24,所处位置,3.4.2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A工位机器人手动示教选择关节坐标系移动机器人到B工位/旋转回转机B工位机器人手动示教。
【课堂认知】,工位B,工位B,工位A,工位A,双工位操作,双工位+变位机操作,机器人外部轴的运动控制,只能在关节坐标系下进行。
返回,3.4手动移动机器人,目录,大2家4好/34,25,所3.4.2典型坐标系下的手动操作处
(2)直角坐标系位置关键步骤:
系统上电开机选择关节坐标系变换末端工具姿态至作业姿态,选择直角坐标系移动机器人至直线轨迹的开始点选择直角坐标系的Y轴移动机器人至直线轨迹的结束点。
运动轨迹,【课堂认知】,z,y,x,机器人直线运动轨迹,返回,3.4手动移动机器人,提示,目录,动作应选Z轴进行操作。
大2家5好/34,26,3.4.2典型坐标系下的手动操作(3)工具坐标系关键步骤:
选择直角坐标系移动机器人到作业轨迹的结束点选择工,所处位置,具坐标系的X轴移动机器人到一个安全位置。
动作后,动作前,【课堂认知】,末端工具规避动作,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,返回,3.4手动移动机器人,目录,手动移动机器人操作流程,大2家6好/34,27,所处位,手动移动机器人运动,其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。
开始,置,装夹工件,依次顺序闭合电源设备开关,示,打开机器人附属作业系统电源,系统上电开机,教前,打开机器人控制柜电源,的,准,备,登录系统(输入用户ID与口令),【课堂认知】,选择“示教”模式,轻握【安全开关】接通伺服电源,手,选择机器人动作模式,动,移,设定机器人手动速度,动,手动操纵机器人,机,选择合适的机器人坐标系,器,人,使用【轴操作键】选择运动轴,移动机器人到目标位置,返回,结束,点动/步进连续移动单轴运动,多轴协调,机器人TCP(工具中心点)标定,返回目录,机器人工具坐标系的标定,大2家7好/34,28,工具坐标系的准确度直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,所处位,置个用户定义的直角坐标系。
【扩展与提高】,b)TCP标定,a)未TCP标定,机器人TCP(工具中心点)标定,目录,大2家8好/34,29,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。
所处位,
(1)外部基准标定法只需要使工具对准某一测定好的外部基准点,便可完成标定,置,,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(扩TCF)姿态多点标定。
TCP位置标定是使几个标定点TCP位置重合,从而计算出展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,从而计与提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。
高】TCP六点法操作步骤:
)在机器人动作范围内找一个精确的固定点作为参考点。
)在工具上确定一个参考点(最好是工具中心点TCP)。
)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。
)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量和重心位置数据。
返回,机器人TCP(工具中心点)标定,目录,制点不变动作检验标定效果。
大2家9好/34,30,所处位置,a)位置点1,b)位置点2,c)位置点3,z,x,【扩展与提高】,d)位置点4,e)位置点5,f)位置点6,TCP标定过程,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,提示,返回,机器人TCP(工具中心点)标定,夹紧爪TCP标定,返回目录,大3家0好/34,31,所处位,如果使用搬运类的夹具,其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,置,一定距离,可在设置页面直接手动输入偏移量数值、质量数据。
TCP,【扩展与提高】,本章小结,返回目录,大3家1好/34,32,所处位置,【本章小结】,通常可将机器人运动轴分为本体轴和外部轴两类。
本体轴属于机器人本身,外部轴包括基座轴和工装轴。
目前在大部分商用工业机器人系统中,存在四类可以使用的坐标系:
关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系。
其中,关节坐标系和直角坐标系在机器人手动操作和作业示教中运用最多。
手动操纵工业机器人是通过手动操控示教器上的机器人运动轴按键将机器人在某一或某几个坐标系下移动到某个位置的方法。
一般采用点动和连续移动两种方式来实现。
点动机器人主要用在离目标位置较近的场合,而连续移动机器人则用在离目标位置较远的场合。
思考练习,返回目录,大3家2好/34,32,所处位,1、填空
(1)一般来说,机器人运动轴按其功能可划分为、和工装轴,和工装轴统称。
置,
(2)在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时选用坐标系最,为适宜(3)当机器人到达离目标作业位置较近位置时,尽量采用操作模式完成精确定位。
【思考练习】,2、选择工业机器人常见的坐标系有()。
关节坐标系;直角坐标系;工具坐标系;用户坐标系A.B.C.D.示教器显示屏多为彩色触摸显示屏,能够显示图像、数字、字母和符号,并提供一系列图标来定义屏幕上的各种功能,可将屏幕显示区划分为()。
菜单显示区;通用显示区;人机对话显示区;状态显示区A.B.C.D.,思考练习,返回目录,大3家3好/34,32,所处位,3、判断在直角坐标系下,机器人各轴可实现单独正向或反向运动。
(),置,机器人在关节坐标系下完成的动作,无法在直角坐标系下实现。
()当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时,需要在安全围栏外配备,安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。
()示教时,为爱护示教器,最好戴上手套。
()手动操作移动机器人时,机器人运动数据将不被保存。
(),【思考练习】,4、综合应用使用示教器按下图所示路径(ABCDEFA)移动机器人,简述其操作过程,并填写表3-6(请在相应选项下打“”)。
思考练习,返回目录,大3家4好/34,32,手动移动机器人要领,位置,所处位置,点动,移动方式机器人坐标系连续移动关节直角工具用户,AB,BC,【思考练习】,CD,DE,EF,题4图,FA,大家好,36,ByeBye,大家好,37,
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