工業機器人操作與編程（FANUC）全國技工院校工業機器人應用與維護專業教材（高級技能層級）FANUC工業機器人的基礎操作項目一項目一FANUC工業機器人的基礎操作任務1工業機器人本體的連接任務2任務3任務4工業機器人示教器的認識工業機器人的手動控制工業機器人的調校任務5任務6任務7工業機器人工具坐標系的設定工業機器人用戶坐標系的設定工業機器人手動坐標系的設定3工業機器人本體的連接任務1學習目標1.

能了解工業機器人本體的基本知識。2.

能敘述工業機器人控制系統的組成。3.

能正確連接工業機器人本體與控制器并進行空氣配管。5工作任務6工業機器人本體(或稱操作機)是工業機器人的機械主體，是用來完成各種作業的執行機構。工業機器人控制器是根據工業機器人作業指令程序以及傳感器反饋回來的信號，支配工業機器人本體完成規定運動和功能的裝置。工業機器人控制器是工業機器人的核心部分，類似于人的大腦，通過各種控制電路中硬件和軟件的結合來控制工業機器人，并協調工業機器人與周邊設備的關系。本任務要求通過學習，了解工業機器人控制系統的基本結構和構成方案，熟悉工業機器人控制器的基本組成和特點，了解工業機器人的基本功能和分類，掌握工業機器人控制器的具體工作過程，并能按照安全操作規程完成工業機器人本體與控制器硬件接口組件連接。一、工業機器人體71.工業機器人本體的基本工業機器人本體一般主要由機身、臂部(分為上、下臂或大、小臂)、腕部組成，圖1-1-1所示為FANUC六自由度關節工業機器人本體的基本結構。其中，兩個基座主要起支撐作用。圖1-1-1工業機器人本體的基本結構一、工業機器人體81.工業機器人本體的基本機身與

J2

棧臂構成肩關節

J2

以驅動J2棧臂的俯仰運動，J2、J3棧臂構成肘關節

J3

以驅動

J3

棧臂的俯仰運動。J4、J5、J6

三個關節分別驅動手臂的橫擺、手腕的俯仰與回轉。六個關節的運動均由交流(AC)伺服電動機驅動，以實現大慣量負載運動控制和精確定位的要求。為適應不同的需求，工業機器人本體

J6

軸的機械接口通常為一連接法蘭，可接裝不同的機械操作裝置(習慣上稱為末端執行器),如夾緊爪、吸盤、焊槍等。一、工業機器人體92.工業機器人本體的關節軸工業機器人本體的六個關節軸可以分別控制，關節軸正、負方向的定義如圖

1-1-2

所示。（1）關節軸的方向圖1-1-2

關節軸正、負方向的定義一、工業機器人體102.工業機器人本體的關節軸圖

1-1-3

所示為J1軸的可動范圍，其中圖

1-1-3a

未采用機械式制動器，可動范圍為-180°～180°；圖

1-1-3b

采用了機械式制動器，可動范圍為-170°～170°或-172°～172°。（2）關節軸的極限圖1-1-3

工業機器人J1軸的可動范圍a）未采用機械式制動器b）采用機械式制動器一、工業機器人體113.工業機器人的作業范圍工業機器人的作業范圍是工業機器人運動時手臂末端或手腕中心所能達到的所有點的集合，又稱工作區域。由于末端執行器的形狀與尺寸多樣，為真實反映工業機器人的特征參數，工業機器人的作業范圍通常是指不安裝末端執行器時的工作區域。一、工業機器人體123.工業機器人的作業范圍工業機器人作業范圍的形狀、大小很重要，如果工業機器人執行作業過程中存在無法達到的任務范圍，說明工業機器人的選型或安裝存在問題。圖1-1-4所示為FANUCM-10iA/12工業機器人的作業范圍，即J5軸的旋轉中心（P點）能夠到達的范圍。圖1-1-4FANUCM-10iA/12工業機器人的作業范圍一、工業機器人體134.末端執行器工業機器人的手部也稱為末端執行器，它是裝在工業機器人手腕上直接抓握工件或執行作業的部件。對于工業機器人而言，手部是決定作業柔性和作業質量的關鍵部件之一。圖1-1-5和圖1-1-6所示分別為有指型機械手與無指型機械手。一、工業機器人體144.末端執行器圖1-1-6無指型機械手圖1-1-5有指型機械手一、工業機器人體154.末端執行器此外，末端執行器還可以是進行專業作業的工具，如焊接工具（見圖1-1-7）噴漆槍等。圖1-1-7焊接工具（焊槍）一、工業機器人體165.機械手腕的負載條件在使用FANUC工業機器人的過程中，負載應滿足允許負載線圖的要求。此外，使用時還應符合機械手腕允許負載力矩、機械手腕允許負載慣量等要求。一、工業機器人體176.FANUCM-10iA/12工業機器人的規格和技術參數FANUCM-10iA/12工業機器人的規格和技術參數見表1-1-1。表1-1-1FANUCM-10iA/12工業機器人的規格和技術參數二、工業機器人控制系統的組成18一般六軸工業機器人控制系統的組成如圖1-1-8所示。圖1-1-8六軸工業機器人控制系統的組成二、工業機器人控制系統的組成19其中核心部件是控制器，它將上位計算機、運動控制器和驅動器等集成在同一箱體內，FANUC公司生產的R-30iB控制器如圖1-1-9所示，圖1-1-10所示為FANUC工業機器人的控制裝置外形圖。圖1-1-9R-30iB控制器二、工業機器人控制系統的組成20其中核心部件是控制器，它將上位計算機、運動控制器和驅動器等集成在同一箱體內，FANUC公司生產的R-30iB控制器如圖1-1-9所示，圖1-1-10所示為FANUC工業機器人的控制裝置外形圖。主板、I/O印制電路板、急停單元、電源單元、后面板、示教器、伺服放大器、操作面板等構成了工業機器人控制系統的基本單元。圖1-1-10FANUC工業機器人的控制裝置外形圖二、工業機器人控制系統的組成21主板上安裝有微處理器、存儲器以及操作面板控制的電路。此外，主板還進行伺服系統的位置控制。I/O印制電路板分為處理I/O板與I/O單元，處理I/O板與I/O單元間采用FANUCI/OLINK連接。1.主板與I/O印制電路板急停單元的功能是對急停系統、伺服放大器的電磁接觸器等進行控制。2.急停單元電源單元采用變壓器將交流電轉換為各類直流電。3.電源單元二、工業機器人控制系統的組成22后面板用來安裝各類控制板的底板，其中電源單元、主板與I/O印制電路板均安裝在后面板上。4.后面板工業機器人手動進給，用戶作業程序創建、程序測試執行、操作執行、狀態確認等，都通過示教器進行操作。示教器上的液晶屏用于控制裝置狀態與數據的顯示。5.示教器二、工業機器人控制系統的組成23伺服放大器的功能是進行伺服電動機的控制、脈沖編碼器信號的接收、電動機控制器的控制、超程以及機械手斷裂等方面的控制。6.伺服放大器二、工業機器人控制系統的組成24操作面板如圖1-1-11所示，上面附帶有按鈕、開關、連接器等。可以通過操作面板上配置的按鈕進行程序的啟動、報警的解除等操作。標準操作面板上沒有電源ON/OFF按鈕，電源的通斷通過控制裝置的斷路器進行控制。7.操作面板圖1-1-11操作面板三、工業機器人本體的連接方法25工業機器人本體與控制器之間的連接電纜包括動力電纜、信號電纜和地線，如圖1-1-12所示。1.本體與控制器的連接圖1-1-12工業機器人本體與控制器間的連接圖三、工業機器人本體的連接方法26工業機器人本體側電纜連接于基座背面的連接器部位，如圖1-1-13所示。1.本體與控制器的連接圖1-1-13工業機器人本體基座背面的連接器三、工業機器人本體的連接方法27配有氣動手爪、真空吸盤等工具的工業機器人需要進行空氣配管，空氣配管是指為工業機器人壓縮空氣的供給配置相應的供氣管路。圖1-1-14所示為安裝有氣動三聯件（空氣過濾器、減壓閥與油霧器）的工業機器人空氣配管實例，需要在油霧器中注入透平油，直到到達規定油位為止。2.空氣配管圖1-1-14工業機器人空氣配管實例工業機器人示教器的認識任務2學習目標1.

能敘述工業機器人示教器的功能、組成和手持方式。2.能敘述工業機器人示教器操作鍵的功能。3.能敘述工業機器人示教器LED指示燈的含義。4.能正確使用示教器完成工業機器人基準點的設定。5.能正確使用示教器完成工業機器人關節可動范圍的設定。6.能正確使用示教器完成工業機器人用戶報警功能的設定。29工作任務30示教器是工業機器人的重要組成部分之一，是工業機器人的人機交互接口。工業機器人的絕大部分操作均可通過示教器來完成，如點動工業機器人，編寫、測試工業機器人程序，設定、查閱工業機器人狀態和位置等。示教器擁有獨立的CPU和存儲單元，可以實現與控制計算機的信息交互。本任務要求通過學習，了解工業機器人示教器的功能、組成和手持方式，熟悉工業機器人示教器操作鍵的功能和LED指示燈的含義，并能按照安全操作規程運用示教器完成工業機器人基準點、關節可動范圍和用戶報警功能的設定。一、示教器的功能、組成和手持方式31示教器也稱示教盒，是一種手持式操作裝置，用于執行工業機器人系統的相關任務，如編寫程序、運行程序、修改程序、手動操縱、配置參數、監控工業機器人狀態等。示教器是工業機器人的人機交互接口，示教時的數據流關系如圖1-2-1所示。1.功能圖1-2-1示教時的數據流關系一、示教器的功能、組成和手持方式32示教器由液晶顯示屏、操作鍵、ON/0FF

開關、Deadman

開關(安全開關)、急停按鈕等組成，如圖

1-2-2

所示。操作工業機器人時需將示教器的

0N/0FF

開關置于

ON

狀態，當開關置于0FF

狀態時，不能進行手動進給、程序創建、運行測試等操作Deadman開關是工業機器人伺服使能開關，當示教器的

0N/OFF

開關置于ON

狀態目

Deadman

開關被按到適中位置時，工業機器人才能運動，一旦松開或按緊Deadman按鈕，工業機器人立即進入急停狀態。當急停按鈕被按下時，無論示教器的

0N/0FF

開關的狀態如何，工業機器人都會進入急停狀態。2.組成圖1-2-2示教器的組成一、示教器的功能、組成和手持方式33示教器的手持方式如圖1-2-3所示。用左手或雙手持示教器，4指穿過張緊帶，指尖觸摸Deadman開關，掌心與大拇指握緊示教器。3.手持方式圖1-2-3示教器的手持方式二、示教器操作鍵的功能34示教器的操作鍵分為四類，分別是與菜單相關的操作鍵、與應用相關的操作鍵、與執行相關的操作鍵以及與編輯相關的操作鍵，如圖1-2-4所示。圖1-2-4示教器按鍵二、示教器操作鍵的功能35各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-1與菜單相關操作鍵的功能二、示教器操作鍵的功能36各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-1與菜單相關操作鍵的功能二、示教器操作鍵的功能37各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-2與應用相關操作鍵的功能二、示教器操作鍵的功能38各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-2與應用相關操作鍵的功能二、示教器操作鍵的功能39各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-3與執行相關操作鍵的功能二、示教器操作鍵的功能40各操作鍵的功能見表1-2-1～表1-2-4。表1-2-4與編輯相關操作鍵的功能三、示教器LED指示燈的含義41示教器的LED指示燈如圖1-2-5所示，各LED指示燈的含義見表1-2-5。圖1-2-5示教器的LED指示燈三、示教器LED指示燈的含義42示教器的LED指示燈如圖1-2-5所示，各LED指示燈的含義見表1-2-5。表1-2-5LED指示燈的含義四、工業機器人基準點的設定43基準點是工業機器人示教或手動操作過程中頻繁使用的固定位置。生產現場的基準點一般設在工業機器人周邊設備可動區域之外的安全位置，共設定三個基準點。工業機器人位于基準點時，輸出預先設定的數字信號。若未作任何設定，工業機器人位于基準點1

時也將輸出基準點到達信號ATPERCH（UO[7]）。另外，可以通過將基準點輸出功能置于無效（DISABLE），達到不輸出基準點信號的目的。工業機器人基準點的設定方法進見表1-2-6。表1-2-6工業機器人基準點的設定四、工業機器人基準點的設定44基準點是工業機器人示教或手動操作過程中頻繁使用的固定位置。生產現場的基準點一般設在工業機器人周邊設備可動區域之外的安全位置，共設定三個基準點。工業機器人位于基準點時，輸出預先設定的數字信號。若未作任何設定，工業機器人位于基準點1

時也將輸出基準點到達信號ATPERCH（UO[7]）。另外，可以通過將基準點輸出功能置于無效（DISABLE），達到不輸出基準點信號的目的。工業機器人基準點的設定方法進見表1-2-6。表1-2-6工業機器人基準點的設定五、工業機器人關節可動范圍的設定45關節可動范圍的設定是利用軟件而非硬件（如極限開關、機械式制動器等）來限制工業機器人的動作范圍。可動范圍上限值是正方向運動的極值，下限值則是負方向運動的極值。在變更了關節可動范圍的情況下，若要設定生效，則需斷開電源并重新通電。工業機器人關節可動范圍的設定方法見表1-2-7。表1-2-7工業機器人關節可動范圍的設定六、工業機器人用戶報警功能的設定46用戶報警的原因是用戶報警指令被執行。在用戶報警設定畫面上，可以進行用戶報警發生時顯示消息的設定。工業機器人用戶報警功能的設定方法見表1-2-8。表1-2-8工業機器人用戶報警功能的設定工業機器人的手動控制任務3學習目標1.能敘述工業機器人坐標系的分類。2.能敘述工業機器人的啟動方式和三方式開關的功能。3.能敘述工業機器人的手動控制要素。4.能正確使用示教器進行工業機器人的手動控制。48工作任務49工業機器人手動控制是通過示教器上的操作鍵來控制工業機器人的一種進給方式。本任務要求通過學習，了解工業機器人坐標系的分類，掌握工業機器人手動控制的方法，并能正確使用示教器按照安全操作規程進行工業機器人的手動控制。一、工業機器人坐標系的分類50關節坐標系是設定在工業機器人關節中的坐標系，六軸工業機器人分為六個關節坐標J1～J6，如圖1-3-1所示。1.關節坐標系圖1-3-1六軸工業機器人關節坐標系

工業機器人坐標系是為了確定工業機器人的位置和姿態而在工業機器人或空間上進行定義的位置坐標系統。工業機器人坐標系可分為關節坐標系和笛卡兒坐標系兩大類。一、工業機器人坐標系的分類51工業機器人笛卡兒坐標系可分為世界坐標系（WORLD）、手動坐標系（JGFRM）、用戶坐標系（USER）等。上述坐標系的共同點是由正交的右手定則來確定，當已知兩個坐標軸的方向時，剩余的坐標軸方向是唯一的，如圖1-3-2所示。2.笛卡兒坐標系圖1-3-2笛卡兒坐標系（X，Y，Z）一、工業機器人坐標系的分類52以右手螺旋前進方向為正時，圍繞X、Y和Z軸轉動分別定義為w、p、r，如圖1-3-3所示。2.笛卡兒坐標系圖1-3-3旋轉坐標系（w，p，r）一、工業機器人坐標系的分類53世界坐標系又稱通用坐標系，是被固定在空間上的標準直角笛卡兒坐標系，其固定位置由工業機器人確定，如圖1-3-4所示。世界坐標系用于位置數據的示教與執行，用戶坐標系、手動坐標系等均基于世界坐標系而設定。2.笛卡兒坐標系圖1-3-4世界坐標系（1）世界坐標系一、工業機器人坐標系的分類54手動坐標系是為了有效進行手動運動控制而在工業機器人作業空間中定義的笛卡兒坐標系，只有當手動控制坐標軸一定且選擇了手動坐標系時才生效，其原點沒有特殊含義。未定義手動坐標系時，手動坐標系與世界坐標系相同。2.笛卡兒坐標系（2）手動坐標系一、工業機器人坐標系的分類55機械接口坐標系是以機械接口為參考系的坐標系，當采用默認設置時，其原點為機械接口的中心，也就是J6軸的法蘭盤中心。如圖1-3-5所示，機械接口坐標系Z軸正方向垂直于機械接口中心，并指向末端執行器；X軸正方向由機械接口平面與世界坐標系中XZ平面（或平行于XZ的平面）的交線來定義。2.笛卡兒坐標系（3）機械接口坐標系圖1-3-5機械接口坐標系（XmYmZm）與工具坐標系（XTYTZT）一、工業機器人坐標系的分類56工具坐標系是表示刀尖點（toolcenterpoint，TCP）和工具姿態的直角笛卡兒坐標系。一般以TCP為原點，將工具方向確定為Z軸。未定義工具坐標系時，由機械接口坐標系替代工具坐標系，圖1-3-5中的工具坐標系（XTYTZT）是由機械接口坐標系（XmYmZm）經平移、旋轉變換后得到的。2.笛卡兒坐標系（4）工具坐標系圖1-3-5機械接口坐標系（XmYmZm）與工具坐標系（XTYTZT）一、工業機器人坐標系的分類57用戶坐標系是用戶對每個作業空間進行定義的笛卡兒坐標系，通過相對世界坐標系原點位置以及X、Y、Z軸的旋轉角w、p、r來定義，如圖1-3-6所示。用戶坐標系一般用于位置寄存器的示教與執行、位置補償指令的執行等。未定義用戶坐標系時，用戶坐標系由世界坐標系取代。2.笛卡兒坐標系（5）用戶坐標系圖1-3-6世界坐標系與用戶坐標系二、工業機器人的啟動方式和三方式開關58當工業機器人接通電源時，通常執行冷啟動或熱啟動的內部處理，通電前需要確認系統的啟動方式。FANUC工業機器人有四種啟動方式：初始化啟動、控制啟動、冷啟動和熱啟動。日常作業中，一般使用冷啟動或熱啟動，這由系統變量UseHotStart來設定；初始化啟動和控制啟動通常在工業機器人維修過程中使用。1.啟動方式二、工業機器人的啟動方式和三方式開關59執行初始化啟動時，將刪除所有程序并設定恢復默認值。初始化完成后，自動執行控制系統。1.啟動方式（1）初始化啟動執行控制啟動時，可進行系統變量更改、系統文件讀出、工業機器人設定等操作。此外，還可以通過控制啟動菜單的輔助菜單執行工業機器人冷啟動。（2）控制啟動二、工業機器人的啟動方式和三方式開關60冷啟動通常是在停電處理無效（系統變量UseHotStart為FALSE）時執行通電操作的一種啟動方式，此時程序的執行狀態為“結束”狀態，輸出信號全部斷開。冷啟動完成后，可以進行工業機器人的操作。即使在停電處理有效（系統變量UseHotStart

為TRUE）的情況下，也可以通過通電時的操作執行冷啟動。1.啟動方式（3）冷啟動熱啟動是在停電處理有效時執行通電操作的一種啟動方式，程序的執行狀態和輸出信號保持電源切斷時的狀態。熱啟動完成后，可以進行工業機器人的操作。（4）熱啟動二、工業機器人的啟動方式和三方式開關612.三方式開關三方式開關是安裝在控制面板或操作箱上的鑰匙操作開關，分為AUTO、T1和T2三種方式，如圖1-3-7所示。實際應用中，應根據工業機器人的運動條件和使用情況選擇最合適的操作方式。當使用三方式開關切換操作方式時，示教器畫面上顯示消息，工業機器人處于暫停狀態。將鑰匙從開關中拔出，可將開關固定在相應位置。但在DLS、雙鏈規格情況下，無法在T2方式下拔出鑰匙而固定開關。圖1-3-7三方式開關二、工業機器人的啟動方式和三方式開關622.三方式開關T1方式是對工業機器人進行動作位置示教時使用的方式。此外，該方式還用于低速下工業機器人路徑、程序順序等的確認。在T1方式下運行程序需借助示教器，工業機器人TCP和法蘭盤的速度被限制在250mm/s以下。有時，雖然示教速度在250mm/s以下，但因工具姿態發生變化，法蘭盤的速度在某些情況下會有超過250mm/s的傾向，此時動作速度也將受到限制。另外，速度的限制也與倍率的選擇有關，當示教速度超過250mm/s時，若倍率為100%，則速度被限制在250mm/s以下；若倍率為50%，則速度被限制在125mm/s以下。通過降低倍率可以進一步放慢速度。（1）T1（測試方式1）二、工業機器人的啟動方式和三方式開關632.三方式開關當開關置于T1方式時，拔下鑰匙即可將操作方式固定為T1方式。若當開關置于T1方式時將示教器的ON/OFF開關置于OFF，則工業機器人停止并顯示錯誤信息；若要解除錯誤，需要將示教器的ON/OFF開關置于ON，再按下“RESET”鍵。（1）T1（測試方式1）二、工業機器人的啟動方式和三方式開關642.三方式開關T2方式是對所創建程序進行確認的一種方式。在T1方式下，由于速度受到限制，無法對工業機器人的軌跡、循環時間進行確認。在T2方式下，當手動操作工業機器人時，TCP和法蘭盤的速度被限制在250mm/s以下，但程序執行時工業機器人的速度基本不受限制。因此，可在示教速度下操作工業機器人以確認其軌跡和循環時間。（2）T2（測試方式2）二、工業機器人的啟動方式和三方式開關652.三方式開關當開關置于T2方式時，拔下鑰匙即可將操作方式固定為T2方式，但需注意在CE、RIA、DLS、雙鏈規格情況下無法通過拔出鑰匙固定。若當開關置于T2方式時將示教器的ON/OFF開關置于OFF，則工業機器人停止并顯示錯誤信息；若要解除錯誤，需將示教器的ON/OFF開關置于ON，再按下“RESET”鍵。（2）T2（測試方式2）二、工業機器人的啟動方式和三方式開關662.三方式開關AUTO方式是生產時使用的一種方式，此時可以通過外部裝置、操作面板執行程序，但不能通過示教器來執行程序，也不能通過示教器手動操作工業機器人。當開關置于AUTO方式時，拔下鑰匙即可將操作方式固定為AUTO方式。若開關置于AUTO方式時將示教器的ON/OFF開關置于ON，則工業機器人停止并顯示錯誤信息；若要解除錯誤，需要將示教器的ON/OFF開關置于OFF，再按下“RESET”鍵。在開啟安全柵欄進行作業的情況下，需將三方式開關切換至T1或T2后才可以操作工業機器人。（3）AUTO三、工業機器人的手動控制要素671.速度倍率速度倍率是手動進給的要素之一，以相對于手動進給最大速度的百分比（%）表示，速度倍率為100%表示工業機器人在該設定下可以以最大速度運動。直線進給時，FINE（低速）的步進量為0.1mm；關節進給時，每步大約移動0.001°。VFINE（微速）的步寬為FINE的1/10。可通過倍率鍵改變速度倍率，當單獨按下增倍率鍵時，速度倍率按：VFINE→FINE→1%→5%→50%→100%的順序改變；當系統變量＄SHFTOV_ENB為1時，若同時按下“SHIFT”鍵和增倍率鍵，速度倍率將按：VFINE→FINE→5%→50%→100%的順序改變。當安全速度信號（*SFSPD）為OFF時，速度倍率將降低到系統變量＄SCR.＄FENCOVRD的設定值，手動速度倍率最大只能為系統變量＄SCR.＄SFJOGOVLIM指定的上限值。三、工業機器人的手動控制要素681.速度倍率倍率鍵在示教器上的分布與操作如圖1-3-8所示。圖1-3-8倍率鍵在示教器上的分布與操作a）分布b）操作三、工業機器人的手動控制要素692.手動進給坐標系手動進給坐標系分為手動關節坐標系（對應示教器的JOINT指示燈）、手動笛卡兒坐標系（對應示教器的XYZ指示燈，分為JGFRM、WORLD和USER）與手動工具坐標系（對應示教器的TOOL指示燈）三類。三、工業機器人的手動控制要素702.手動進給坐標系選擇手動關節坐標系時，可使各軸沿著關節坐標系獨立運動，如圖1-3-1所示。圖1-3-1六軸工業機器人關節坐標系三、工業機器人的手動控制要素712.手動進給坐標系選擇手動笛卡兒坐標系時，將使工業機器人的TCP沿著X、Y、Z軸運動，或使工業機器人工具圍繞X、Y、Z軸旋轉，如圖1-3-9所示。圖1-3-9手動笛卡兒坐標系三、工業機器人的手動控制要素722.手動進給坐標系在手動工具坐標系中，TCP將沿著工業機器人的機械手腕部分所定義的工具坐標系X、Y、Z軸運動，還可以實現圍繞工具坐標系的X、Y、Z軸的旋轉運動，如圖1-3-10所示。圖1-3-10手動工具坐標系三、工業機器人的手動控制要素732.手動進給坐標系按下示教器上的“COORD”鍵可切換手動進給坐標系，如圖1-3-11所示。當前所選的手動進給坐標系的類型會顯示在示教器畫面上，同時示教器上對應的手動進給坐標系指示燈點亮。畫面顯示的手動進給坐標系切換順序為：JOINT→JGFRM→WORLD→TOOL→USER→JOINT；示教器上指示燈對應的切換順序為：JOINT→XYZ→TOOL→XYZ→JOINT。圖1-3-11手動進給坐標系的切換四、工業機器人手動控制的方法74工業機器人手動控制的方法見表1-3-1。表1-3-1工業機器人的手動控制四、工業機器人手動控制的方法75工業機器人手動控制的方法見表1-3-1。表1-3-1工業機器人的手動控制四、工業機器人手動控制的方法76工業機器人手動控制的方法見表1-3-1。表1-3-1工業機器人的手動控制工業機器人的調校任務4學習目標1.能敘述工業機器人調校的定義與分類。2.能辨識工業機器人各軸的零位對合標記。3.能敘述工業機器人調校前的準備工作。4.能正確使用示教器進行工業機器人的零位調校。5.能正確使用示教器進行工業機器人的簡易調校。6.能正確使用示教器進行工業機器人的單軸調校。7.能正確使用示教器進行工業機器人的輸入數據調校。78工作任務79在實際工作中，常常需要對工業機器人進行調校。本任務要求通過學習，了解工業機器人調校的定義與分類，辨識工業機器人的零位對合標記，掌握工業機器人調校前的準備工作，并能正確使用示教器按照安全操作規程進行工業機器人的調校操作。一、工業機器人調校的定義與分類80工業機器人調校是使各軸的軸角度與連接在各軸電動機上的絕對值脈沖編碼器的脈沖計數值對應起來的操作。FANUC工業機器人常用的調校類型有五種，具體見表1-4-1。表1-4-1FANUC工業機器人常用的調校類型二、工業機器人的零位調校81工業機器人出廠前已經進行了零位調校，在日常操作中一般不需要再次調校。但當出現下列情形時，則需要進行零位調校：1.更換伺服電動機。2.更換絕對值脈沖編碼器。3.更換減速器。4.更換電纜。5.機構部備用電池電量用盡。以機構部備用電池電量用盡為例，機構部備用電池用于保存包含各調校數據在內的工業機器人數據和脈沖編碼器數據，當電池電壓下降時，系統會發出報警通知用戶；電池電量一旦用盡將導致數據丟失，需要重新進行工業機器人的零位調校。二、工業機器人的零位調校82工業機器人的每個軸（J1～J6）都有零位對合標記，如圖1-4-1所示。通過這一標記，將工業機器人所有軸移動到零度位置后再進行零位調校。零位調校通過目測進行，精度不高，一般用于應急操作。圖1-4-1工業機器人各軸零位對合標記三、工業機器人調校前的準備工作83工業機器人的調校畫面通常不會直接顯示，為了顯示位置調整畫面，需要將系統變量＄MASTER_ENB設為1或2，進行位置調整操作后再按下調整畫面上的操作結束鍵“F5（DONE）”。因更換伺服電動機而進行調校時，除了要顯示位置調整畫面外，還要解除Servo062BZAL或Servo075Pulsenotestablished等伺服報警。四、工業機器人零位調校的方法84工業機器人零位調校的操作方法見表1-4-2。表1-4-2工業機器人的零位調校四、工業機器人零位調校的方法85工業機器人零位調校的操作方法見表1-4-2。表1-4-2工業機器人的零位調校五、工業機器人簡易調校的方法86當因脈沖計數器的備用電池電壓下降等原因而導致脈沖計數值丟失時，可以進行簡易調校，但當更換脈沖編碼器或工業機器人控制裝置的調校數據丟失時，則不能采續表用簡易調校。進行簡易調校前要設定簡易調校參考點，出廠設定的位置與工業機器人的零位一致，如果不能將工業機器人移至零位，則需要重新設定簡易調校參考點，操作方法見表1-4-3。表1-4-3工業機器人簡易調校參考點的設定五、工業機器人簡易調校的方法87當因脈沖計數器的備用電池電壓下降等原因而導致脈沖計數值丟失時，可以進行簡易調校，但當更換脈沖編碼器或工業機器人控制裝置的調校數據丟失時，則不能采續表用簡易調校。進行簡易調校前要設定簡易調校參考點，出廠設定的位置與工業機器人的零位一致，如果不能將工業機器人移至零位，則需要重新設定簡易調校參考點，操作方法見表1-4-3。表1-4-3工業機器人簡易調校參考點的設定五、工業機器人簡易調校的方法88完成工業機器人簡易調校參考點的設定后，可按照表1-4-4中的操作方法進行工業機器人的簡易調校。表1-4-4工業機器人的簡易調校五、工業機器人簡易調校的方法89完成工業機器人簡易調校參考點的設定后，可按照表1-4-4中的操作方法進行工業機器人的簡易調校。表1-4-4工業機器人的簡易調校六、工業機器人單軸調校的方法90單軸調校是對某一特定軸進行的調校，調校位置可由用戶任意設定。當某軸后備脈沖計數的電池電壓下降、脈沖編碼器更換等原因導致該軸調校數據丟失時，可采用單軸調校。工業機器人單軸調校的操作方法見表1-4-5。表1-4-5工業機器人的單軸調校六、工業機器人單軸調校的方法91單軸調校是對某一特定軸進行的調校，調校位置可由用戶任意設定。當某軸后備脈沖計數的電池電壓下降、脈沖編碼器更換等原因導致該軸調校數據丟失時，可采用單軸調校。工業機器人單軸調校的操作方法見表1-4-5。表1-4-5工業機器人的單軸調校七、工業機器人輸入數據調校的方法92當調校數據丟失而脈沖數據仍被保存時，可采用直接輸入調校數據的方法，也就是將調校數據直接輸入到工業機器人相關系統變量中，具體操作方法見表1-4-6。表1-4-6工業機器人的輸入數據調校七、工業機器人輸入數據調校的方法93當調校數據丟失而脈沖數據仍被保存時，可采用直接輸入調校數據的方法，也就是將調校數據直接輸入到工業機器人相關系統變量中，具體操作方法見表1-4-6。表1-4-6工業機器人的輸入數據調校工業機器人工具坐標系的設定任務5學習目標1.能敘述工具坐標系數據的作用。2.能正確使用示教器采用坐標系畫面設定法進行工具坐標系的設定。3.能正確使用示教器采用系統變量設定法進行工具坐標系的設定。95工作任務96工業機器人的運動是根據不同作業內容、軌跡等要求在不同坐標系下的運動。也就是說，當對工業機器人進行示教或手動操作時，其運動方式是在不同的坐標系下進行的。本任務要求通過學習，了解工具坐標系數據的作用，掌握工業機器人工具坐標系的設定方法，并能正確使用示教器按照安全操作規程進行工業機器人工具坐標系的設定。一、工具坐標系數據97工具坐標系數據用于描述安裝在工業機器人第六軸上工具的TCP、重心等參數。執行程序時，工業機器人將TCP移至編程位置，程序中描述的速度與位置就是TCP在對應坐標系中的速度與位置。所有工業機器人的手腕都有一個預定義工具坐標系，該坐標系被稱為tool0，這樣就能以

tool0的偏移值的方式定義一個或多個新工具坐標系。圖1-5-1所示為常見工具的TCP點。圖1-5-1常見工具的TCP點一、工具坐標系數據98工具坐標系既可以在坐標系設定畫面上進行定義，也可以通過改寫系統變量的方法定義。最多可定義10個工具坐標系，并可根據情況進行切換。圖1-5-2通過三點示教法設定TCP的位置1.坐標系畫面設定法（1）三點示教法三點示教法只能用于TCP位置的設定，需在工具姿態（w，p，r）中輸入標準值（0，0，0）。示教時使參考點1、2、3以不同的姿態從三個方向指向同一點，如圖1-5-2所示，工業機器人控制系統將根據示教數據自動計算出TCP的位置，具體的操作步驟見表1-5-1。一、工具坐標系數據99表1-5-1應用三點示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（1）三點示教法三點示教法只能用于TCP位置的設定，需在工具姿態（w，p，r）中輸入標準值（0，0，0）。示教時使參考點1、2、3以不同的姿態從三個方向指向同一點，如圖1-5-2所示，工業機器人控制系統將根據示教數據自動計算出TCP的位置，具體的操作步驟見表1-5-1。一、工具坐標系數據100表1-5-1應用三點示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（1）三點示教法三點示教法只能用于TCP位置的設定，需在工具姿態（w，p，r）中輸入標準值（0，0，0）。示教時使參考點1、2、3以不同的姿態從三個方向指向同一點，如圖1-5-2所示，工業機器人控制系統將根據示教數據自動計算出TCP的位置，具體的操作步驟見表1-5-1。一、工具坐標系數據101表1-5-1應用三點示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（1）三點示教法三點示教法只能用于TCP位置的設定，需在工具姿態（w，p，r）中輸入標準值（0，0，0）。示教時使參考點1、2、3以不同的姿態從三個方向指向同一點，如圖1-5-2所示，工業機器人控制系統將根據示教數據自動計算出TCP的位置，具體的操作步驟見表1-5-1。一、工具坐標系數據102圖1-5-3六點示教法中工具姿態的示教1.坐標系畫面設定法（2）六點示教法用六點示教法設定TCP位置的方法與三點示教法相同，但還要完成工具姿態的設定。工具姿態的設定也采用示教的方法，通過在笛卡兒坐標系或工具坐標系下進行手動操作，分別示教方位原點（OrientOriginPoint）、平行于工具坐標系X軸直線上的一點和XZ平面上的一點，示教過程中需保持工具的傾斜度不變，將得到與工具坐標系平行的坐標系，工具坐標系的原點為工具的刀尖點，如圖1-5-3所示。一、工具坐標系數據103表1-5-2應用六點示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（2）六點示教法應用六點示教法設定工具坐標系的操作步驟見表1-5-2。一、工具坐標系數據104表1-5-2應用六點示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（2）六點示教法應用六點示教法設定工具坐標系的操作步驟見表1-5-2。一、工具坐標系數據105圖1-5-4直接示教法中旋轉角的定義1.坐標系畫面設定法（3）直接示教法采用直接示教法時，將直接輸入刀尖點相對于機械接口坐標系的位置坐標（Xm，Ym，Zm）以及工具坐標系的旋轉角（w，p，r）。直接示教法中旋轉角的定義如圖1-5-4所示，應用直接示教法設定工具坐標系的操作步驟見表1-5-3。一、工具坐標系數據106表1-5-3應用直接示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（3）直接示教法采用直接示教法時，將直接輸入刀尖點相對于機械接口坐標系的位置坐標（Xm，Ym，Zm）以及工具坐標系的旋轉角（w，p，r）。直接示教法中旋轉角的定義如圖1-5-4所示，應用直接示教法設定工具坐標系的操作步驟見表1-5-3。一、工具坐標系數據107表1-5-3應用直接示教法設定工具坐標系1.坐標系畫面設定法（3）直接示教法采用直接示教法時，將直接輸入刀尖點相對于機械接口坐標系的位置坐標（Xm，Ym，Zm）以及工具坐標系的旋轉角（w，p，r）。直接示教法中旋轉角的定義如圖1-5-4所示，應用直接示教法設定工具坐標系的操作步驟見表1-5-3。一、工具坐標系數據108表1-5-4應用系統變量設定法設定工具坐標系2.系統變量設定法系統變量＄MNUTOOL［group，i］用于設定工具坐標系中各軸的坐標值（X，Y，Z，w，p，r），其中group為組號，i為工具坐標系編號（范圍為1～10）；而系統變量＄MNUTOOLNUM［group］則用于設定當前使用工具坐標系的編號。應用系統變量設定法設定工具坐標系的步驟見表1-5-4。一、工具坐標系數據109表1-5-4應用系統變量設定法設定工具坐標系2.系統變量設定法系統變量＄MNUTOOL［group，i］用于設定工具坐標系中各軸的坐標值（X，Y，Z，w，p，r），其中group為組號，i為工具坐標系編號（范圍為1～10）；而系統變量＄MNUTOOLNUM［group］則用于設定當前使用工具坐標系的編號。應用系統變量設定法設定工具坐標系的步驟見表1-5-4。工業機器人用戶坐標系的設定任務6學習目標1.能正確使用示教器采用坐標系畫面設定法進行用戶坐標系的設定。2.能正確使用示教器采用系統變量設定法進行用戶坐標系的設定。111工作任務112工業機器人用戶坐標系既可以在坐標系設定畫面上進行定義，也可以通過改寫系統變量的方法定義。最多可定義9個用戶坐標系，并可根據情況進行切換。本任務要求通過學習，掌握工業機器人用戶坐標系的設定方法，并能正確使用示教器按照安全操作規程進行工業機器人用戶坐標系的設定。一、坐標系畫面設定法113三點示教法是對用戶坐標系中的方位原點、X軸方向的一點以及Y軸方向的一點進行示教。根據方位原點與X軸正方向上的一點可以確定X軸的正方向，根據方位原點與Y軸正方向上的一點可以確定Y軸的正方向，而Z軸的正方向則根據右手定則來確定，如圖1-6-1所示。圖1-6-1用戶坐標系的三點示教法1.三點示教法一、坐標系畫面設定法114應用三點示教法設定用戶坐標系的操作步驟見表1-6-1。表1-6-1應用三點示教法設定用戶坐標系1.三點示教法一、坐標系畫面設定法115應用三點示教法設定用戶坐標系的操作步驟見表1-6-1。表1-6-1應用三點示教法設定用戶坐標系1.三點示教法一、坐標系畫面設定法116應用三點示教法設定用戶坐標系的操作步驟見表1-6-1。表1-6-1應用三點示教法設定用戶坐標系1.三點示教法一、坐標系畫面設定法117四點示教法是對用戶坐標系中的X軸起始點、X軸方向的一點、Y軸方向的一點以及坐標系原點進行示教，如圖1-6-2所示。圖1-6-2用戶坐標系的四點示教法2.四點示教法一、坐標系畫面設定法1