坐標系基礎課時計劃（首頁）專業及班級：課次授課時間年月日教學課題坐標系基礎學時目的要求1、了解工業機器人坐標系定義與分類2、掌握工件坐標系的定義方法3、掌握工具坐標系的定義方法4、掌握工具坐標數據的設定方法重點難點：重點：工件坐標系的定義方法、工具坐標系的定義方法、工具坐標數據的設定方法難點：工件坐標系的定義方法、工具坐標系的定義方法、工具坐標數據的設定方法教學方法理實一體化教學，講授、演示、實訓教學內容及教學方法的運用時間分配模塊一工業機器人硬件基礎任務二典型工業機器人系統子任務二坐標系基礎具體教學設計見續頁鞏固課堂知識

內容與方法通過仿真與實操的方法練習并掌握工件坐標系的定義方法、工具坐標系的定義方法和工具坐標數據的設定方法作業見后附課堂小結續頁子任務二坐標系基礎坐標系是從一個稱為原點的固定點通過軸定義的平面或空間。機器人目標和位置是通過沿坐標系軸的測量來定位。機器人系統中可使用若干坐標系，每一坐標系都適用于特定類型的控制或編程。1、基坐標系系位于機器人基座，最便于機器人從一個位置移動到另一個位置的坐標系。2、工件坐標系與工件有關，通常是最適于對機器人進行編程的坐標系。3、工具坐標系定義機器人到達預設目標時所使用工具的位置。4、大地坐標系可定義機器人單元，所有其他的坐標系均與大地坐標系直接或間接相關。它適用于手動操縱、一般移動以及處理具有若干機器人或外軸移動機器人的工作站和工作單元。5、用戶坐標系在表示持有其他坐標系的設備（如工件）時非常有用。一、坐標系的分類1、基坐標系基坐標系在機器人基座中有相應的零點。操縱桿向前和向后使機器人沿X軸移動。操縱桿向兩側使機器人沿Y軸移動。旋轉操縱桿使機器人沿Z軸移動。2、大地坐標系大地坐標系在工作單元或工作站中的固定位置有相應的零點。有助于處理若干個機器人或由外軸移動的機器人。在默認情況下，大地坐標系與基坐標系是一致的。3、工件坐標系工件坐標系對應工件，其定義位置是相對于大地坐標系（或其他坐標系）的位置，如下圖所示。機器人可以擁有若干工件坐標系，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。4、工具坐標系工具坐標系將工具中心點設為零點，由此定義工具的位置和方向。工具坐標系縮寫為TCPF（ToolCenterPointFrame），工具坐標系中心點縮寫為TCP（ToolCenterPoint）。所有機器人在六軸法蘭盤原點處都有一個預定義工具坐標系，即tool0。新工具坐標系的位置是預定義工具坐標系tool0的偏移值二、工件坐標系定義以三點法創建工件坐標系的方法與步驟是：第一步：在ABB菜單中選中“工件坐標”。第二步：點擊“新建”。第三步：對工件數據屬性進行設定后，單擊“確定”，名稱可以按需修改，如改為“wobj2”。出現一個名稱為“wobj2”坐標。第四步：打開“編輯菜單”，選擇“定義”。出現坐標系“定義”界面。第五步：將用戶方法設定為“3點”。第六步：手動操作機器人的工具參考點靠近定義工件坐標的X1點。此點將被定義為新坐標系的原點。第七步：單擊“用戶點X1”-“修改位置”，將X1點記錄下來。第八步：手動操作機器人的工具參考點靠近定義工件坐標的X2點。從新原點指向此點，將被定義為新坐標系的X軸正向。第九步：單擊“用戶點X2”-“修改位置”，將X2點記錄下來。第十步：手動操作機器人的工具參考點靠近定義工件坐標的Y1點。從新原點指向此點，將被定義為新坐標系的Y軸正向。第十一步：單擊“用戶點Y1”-“修改位置”，將Y1點記錄下來。第十二步：點擊“確定”，出現坐標系定義確認對話框，確認點擊“確定”。第十三步：點擊“wobj2”后，單擊“確定”，新坐標系定義完成。第十四步：選擇新創建的工件坐標系，使用線性動作模式，觀察移動的方式是否合乎要求。到此一個新的工件坐標系就定義完成了。實訓驗證1：1、進入ABB主菜單，在手動操縱界面選擇工件坐標；2、新建一個名稱為wobj1的工件坐標系；3、用戶方法選擇3點法來定義wobj1；4、用戶點X1位置確定工件坐標系的原點位置，用戶點X2和Y1分別確定該坐標系的X軸方向和Y軸方向；5、對記錄完成的位置數據進行確定，完成工件坐標wobj1的測量。實訓驗證2：1、利用3點法測量工件坐標系wobj1和wobj2；2、以工件坐標系wobj1為參照坐標系，示教編輯三角形軌跡程序；3、將軌跡程序中每行指令的工件坐標系wobj1修改為wobj2；4、執行更改后的程序，機器人運行軌跡不變，但位置改變至wobj2坐標系下。三、工件坐標數據wobjdata工件坐標對應工件，它定義工件相對于大地坐標的位置。機器人可以有若干工件坐標系，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。1、創建工件坐標wobjdata的優勢對機器人進行編程時就是在工件坐標中創建目標和路徑，這帶來很多優勢：（1）重新定位工作站中的工件時，只需更改工件坐標的位置，所有路徑將即刻隨之更新;（2）允許操作以外部軸或傳送導軌移動的工件，因為整個工件可連同其路徑一起移動。2、實例一如下圖所示，A是機器人的大地坐標系，為了方便編程，給第一個工件建立了一個工件坐標B，并在這個工件坐標B中進行軌跡編程。如果臺子上還有一個一樣的工件需要走一樣的軌跡，那只需建立一個工件坐標C，將工件坐標B中的軌跡復制一份，然后將工件坐標從B更新為C，則無需對一樣的工件進行重復軌跡編程了。3、實例二如下圖所示，如果在工件坐標B中對A對象進行了軌跡編程，當工件坐標位置變化成工件坐標D后，只需在機器人系統重新定義工件坐標D，則機器人的軌跡就自動更新到C，不需要再次軌跡編程。因A相對于B，C相對于D的關系是一樣的，并沒有因為整體偏移而發生變化。四、工具坐標系的定義工具數據tooldata用于描述安裝在機器人第六軸上的工具坐標TCP（也就是工具坐標系的原點即工具中心點）、質量、重心等參數數據。工具數據tooldata會影響機器人的控制算法（例如計算加速度）、速度和加速度監控、力矩監控、碰撞監控、能量監控等，因此機器人的工具數據需要正確設置。所有機器人在手腕處都有一個預定義的工具坐標系，該坐標系被稱為tool0。這樣就能將一個或者多個新工具坐標系定義為tool0的偏移值。默認工具（tool0）的工具中心點位于機器人安裝法蘭的中心，右圖中標注的點就是原始的TCP點。執行程序時，機器人將TCP移至編程位置，這意味著，如果要更改工具及工具坐標系，機器人的移動將隨之更改，以便新的TCP到達目標，如下圖所示。一般不同的機器人應用配置不同的工具，比如說弧焊的機器人就使用弧焊槍作為工具，而用于搬運板材的機器人就會使用吸盤式的夾具作為工具，如下圖所示。1、TCP的幾種設定方法（1）N（3≤N≤9）點法機器人的TCP通過N種不同的姿態同參考點接觸，得出多組解，通過計算得出當前TCP與機器人安裝法蘭中心點（Tool0）相應位置，其坐標系方向與Tool0一致。（2）TCP和Z法在N點法基礎上，增加Z點與參考點的連線為坐標系Z軸的方向，改變了tool0的Z方向。（3）TCP和Z，X法在N點法基礎上，增加X點與參考點的連線為坐標系X軸的方向，Z點與參考點的連線為坐標系Z軸的方向，改變了tool0的X和Z方向。2、TCP和Z，X法（N=4）設定原理（1）首先在機器人工作范圍內找一個非常精確的固定點作為參考點；（2）然后在工具上確定一個參考點（最好是工具的中心點）；（3）用手動操縱機器人的方法，去移動工具上的參考點，以四種以上不同的機器人姿態盡可能與固定點剛好碰上。前三個點的姿態相差盡量大些，這樣有利于TCP精度的提高。第四點是用工具的參考點垂直于固定點，第五點是工具參考點從固定點向將要設定為TCP的X方向移動，第六點是工具參考點從固定點向將要設定為TCP的Z方向移動；（4）機器人通過這四個位置點的位置數據計算求得TCP的數據，然后TCP的數據就保存在tooldata這個程序數據中被程序進行調用。3、工具坐標tooldata的設定方法與步驟第一步：單擊“ABB”按鈕，并選擇“手動操縱”第二步：選擇“工具坐標”第三步：單擊“新建…”第四步：對新定義工具坐標修改參數，如“名稱”，點擊“確定”第五步：選中tool5，單擊“編輯”菜單中的“定義…”選項第六步：選擇“TCP和Z，X”，點數N=4來設定TCP第七步：操作手柄靠近固定點，如下圖所示，此機器人姿勢作為第一個點第八步：單擊“修改位置”完成第一點的修改第九步：按照上面的操作依次完成對點2、3、4的修改，第一次的機器人姿勢都要不同，差距越大，最后的定義精度越高。第十步：操控機器人使工具參考點以點4的姿態從固定點移動到工具TCP的+X方向和+Z方向，并保存，點擊“確認”第十一步：查看誤差，越小越好，但也要以實際驗證效果為準，點擊“確認”第十二步：選中“tool5”，然后打開編輯菜單選擇“更改值”第十三步：tool5的更改值菜單，對工具坐標的重心、重量等參數設定。第十四步：單擊箭頭向下翻頁，將mass的值改為工具的實際重量（單位kg）第十五步：編輯工具重心坐標，以實際為準最佳第十六步：單擊“確定”完成tool5數據更改第十七步：按照工具重定位動作模式，把坐標系選為“工具”；工具坐標選為“tool5”。通過示教器操作可驗證對tool坐標系的操作效果。實訓驗證：1、采用TCP和Z、X法（N=4）測定工具坐標系tool6；2、