第5章機器人示教器操作5.3機械臂示教本章目錄5.1示教器基礎(chǔ)介紹5.2坐標系設(shè)定5.4I/O介紹及設(shè)置5.1示教器基礎(chǔ)介紹機器人示教器操作5.1示教器基礎(chǔ)介紹示教器是進行機器人的手動操縱、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)測控制的手持裝置。其中觸摸屏不僅可以向用戶清晰的展現(xiàn)機器人運動的細節(jié)，例如機械臂位置姿態(tài)參數(shù)等；還可以方便用戶的操作。用戶所有的操作都可以通過直接單擊屏幕來完成。示教器組成示意圖5.1示教器基礎(chǔ)介紹除了示教器外，它配套的還有一個虛擬軟件它的操作界面與示教器的操作界面相同，雙擊虛擬軟件圖標，打開機器人控制軟件后，屏幕上展現(xiàn)的是AUBOPE用戶操作界面。示教器參數(shù)設(shè)置窗口，包括有碰撞等級（安全等級）設(shè)置和工具名稱設(shè)置。工具名稱則可以選擇指定的工具法蘭中心。設(shè)置完畢之后，依次單擊“保存”、“啟動”按鈕后，進入示教界面。示教器參數(shù)設(shè)置5.1示教器基礎(chǔ)介紹示教器界面分為6個部分：機械臂示教、在線編程、設(shè)置、擴展、系統(tǒng)信息和關(guān)于。各部分都含有不同的操作按鈕及信息顯示。機械臂示教頁面主要用于機器人示教操作；在線編程頁面用于機器人編程操作；設(shè)置頁面主要用于機器人的IO設(shè)置和狀態(tài)顯示，外設(shè)設(shè)備的設(shè)置及顯示，機械臂初始位置設(shè)置，工具和坐標系標定的設(shè)置以及安全配置和系統(tǒng)設(shè)置等；擴展頁面用于IO配置及python編程；系統(tǒng)信息用于查看報警日志及本體關(guān)節(jié)溫度、電源狀況。機械臂示教操作頁面5.2坐標系設(shè)定機器人示教器操作5.2坐標系設(shè)定機器人坐標系的設(shè)定中，世界坐標系是系統(tǒng)的絕對坐標系，在沒有建立用戶坐標系之前，所有點的坐標都是以世界坐標系為原點來確定各自的位置。世界坐標系是一個被固定在由機器人事先確定的位置上的標準直角坐標系。用戶坐標系是基于該坐標系而設(shè)定的，用于位置數(shù)據(jù)的示教和執(zhí)行?；鴺讼凳窃O(shè)置在機器人基座中的坐標系，坐標原點一般為基座中心點。我們可以通過在基座標X軸、Y軸、Z軸上的位移和旋轉(zhuǎn)角來確定機器人末端法蘭或抓手的位置和姿態(tài)。機器人基坐標系位置5.2坐標系設(shè)定5.2.1基坐標系設(shè)定基坐標系遵循右手法則，是其他坐標系的基礎(chǔ)。當操作人員手持示教器站在實訓平臺機械臂正前方位置，面向機器人，舉起右手于視線正前方擺手勢。由此可得結(jié)論：食指所指方向即為全局坐標X+，中指所指方向即為全局坐標Y+，拇指所指方向即為全局坐標Z+。X/Y/Z姿態(tài)位置關(guān)系圖5.2坐標系設(shè)定5.2.2末端坐標系設(shè)定末端坐標系是設(shè)置在機器人法蘭盤中心的坐標系，同樣也遵循右手法則。在示教器界面中如果選擇末端坐標系控制機器人，則機械臂將會按照下圖所示的末端坐標系進行運動。我們默認的末端坐標系的坐標原點就是法蘭盤中心，即工具中心點（ToolsCenterPoint）。機器人工具末端坐標系5.2坐標系設(shè)定5.2.3工具坐標系標定為了準確的描述一個剛體在空間的位姿（即位置和姿態(tài)），需在剛體上固定連接一個坐標系，然后確定該坐標系位姿（包括該坐標系原點位置和三個坐標軸姿態(tài)），也就是說我們要用6個自由度）來完整描述該剛體的位姿。對于工業(yè)機器人，我們需要在末端法蘭盤安裝工具來進行作業(yè)。為了確定該工具的位姿，我們同樣需要在工具上綁定一個工具坐標系，工具坐標系的原點就是工具中心點。對機器人進行軌跡編程時，操作人員必須將工具坐標系在其他坐標系的位姿記錄到程序中執(zhí)行。實訓室的機器人預先定義了一個工具坐標系，此坐標系的XY平面就是機器人第六軸的法蘭盤平面，此時，工具坐標系的原點與法蘭盤中心重合，因此工具中心點位于法蘭盤中心。但是，在實際使用時，例如焊接；用戶通常把工具中心點定義到焊絲的尖端，那么程序里需要記錄的位置便是焊絲尖端的位置，記錄的姿態(tài)便是焊槍圍繞焊絲尖端轉(zhuǎn)動的姿態(tài)。5.2坐標系設(shè)定工具坐標系是一個直角（笛卡兒）坐標系，其原點在工具頂端上。工具坐標系的取向一般是坐標系的x軸與工具的作業(yè)方向一致。工具坐標系總是隨著工具位置的移動而移動。換句話而言。安裝在機器人末端的工具坐標系，其原點及方向都是隨著末端的位置與角度不斷變化的，該坐標系實際是將基礎(chǔ)坐標系通過旋轉(zhuǎn)及位移變化而來的，工具坐標系設(shè)定后，機器人控制點沿設(shè)置在工具尖端點的X、Y、Z軸做平行移動。工具坐標的移動，以工具的有效方向為基準，與機器人的位置、姿勢無關(guān)。工具坐標系5.3機械臂示教機器人示教器操作5.3機械臂示教機械臂示教頁面用于機器人的示教操作，用戶通過單擊其中的圖標來移動機器人。同時，機器人的運動信息也會反饋給用戶。機械臂示教頁面共由11個部分組成。（1）軟件關(guān)閉按鈕；（2）頁面選擇欄；（3）機器人3D仿真界面；（4）機器人仿真切換按鈕；（5）步進模式控制；（6）位置姿態(tài)控制；（7）實時狀態(tài)末端位置、姿態(tài)參數(shù)顯示；（8）姿態(tài)控制；（9）關(guān)節(jié)軸控制；（10）零位姿態(tài)，初始位姿；（11）機器人時間顯示、運動速度控制及顯示。機械臂示教頁面初始位姿零位姿5.3機械臂示教5.3.1機器人3D仿真界面機器人仿真界面的作用是在脫離真實機械臂的情況下，驗證用戶編寫的程序可以根據(jù)仿真環(huán)境來檢驗機器人的控制程序是否合理正確以及是否對于真實環(huán)境有影響。機器人3D仿真界面各圖標功能介紹如下：：表示基座平面，單擊可隱藏仿真界面中的基座參考平面；

：表示實際路點模型，單擊可隱藏；

：表示用戶坐標系，單擊可隱藏；

：縮小按鈕；

：放大按鈕；

：向上平移按鈕；：順時針旋轉(zhuǎn)按鈕；

：向下平移按鈕；：逆時針旋轉(zhuǎn)按鈕；：向左平移按鈕；：復位按鈕。

：向右平移按鈕；機器人3D仿真界面5.3機械臂示教5.3.2運動控制方式1.步進控制

為了能夠提高示教的精度，需要增加步進控制這個功能，以達到讓被控制的變量以步進的方式精確變化，機器人步進模式控制其中各項說明如下：機器人步進控制模式圖（1）可以勾選復選框進行激活從而使用步進控制方式；（2）用戶可以通過單擊輸入框左右兩邊的按鈕來調(diào)整機械臂運動的步長；（3）位置步進用于控制末端位置移動的步長，單位為毫米，可設(shè)置范圍為0.10~10.00毫米；（4）姿態(tài)步進用于控制末端姿態(tài)運動角度的步長，單位為度，可設(shè)置范圍為0.10~10.00度；（5）關(guān)節(jié)步進用于控制各個關(guān)節(jié)運動角度的步長，單位為度，可設(shè)置范圍為0.10~10.00度；（6）步進模式只對末端控制及關(guān)節(jié)軸控制有效。

5.3機械臂示教2.位置控制機械臂末端可以通過基坐標系、末端坐標系以及用戶自定義平面坐標系來實現(xiàn)位置控制，并且用戶可以在不同的坐標系下對末端進行示教。基坐標為基準的位置控制末端法蘭為基準的位置控制5.3機械臂示教在機械臂示教界面的左下角位置可以查看機器人的位置與姿態(tài)參數(shù)。其中X,Y,Z表示工具法蘭中心點（選定的工具坐標系）在選定坐標系下的坐標值，而RX、RY、RZ表示相對于選定坐標系旋轉(zhuǎn)的角度值。法蘭端為基準的位姿狀態(tài)參數(shù)圖5.3機械臂示教3.姿態(tài)控制姿態(tài)控制指在工作點位置不變的情況下，調(diào)整末端工具的工作角度。同樣我們可以選擇基坐標系和末端坐標系進行姿態(tài)控制?；鴺藶榛鶞实淖藨B(tài)控制末端法蘭為基準的姿態(tài)控制5.3機械臂示教4.關(guān)節(jié)軸控制機器人一共有6個自由度，分別對應于它的六個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)由下而上依次命名為關(guān)節(jié)1～關(guān)節(jié)6。用戶只需要使用示教界面上的關(guān)節(jié)控制按鈕就可以控制每個機械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。其中，“+”表示該關(guān)節(jié)中的電機逆時針轉(zhuǎn)動，“-”表示該關(guān)節(jié)中的電機順時針轉(zhuǎn)動，單位為度。關(guān)節(jié)控制示意圖5.3機械臂示教5.3.3手動示教手動示教是指通過示教器控制機器人移動至目標位置，并按照設(shè)定的運動方式完成預期的動作，同時將目標位置信息記錄下來。下圖為機器人六個關(guān)節(jié)以及各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動范圍和最大轉(zhuǎn)速。機器人手動示教5.3機械臂示教5.3.4拖動示教1.力控力控開關(guān)位于示教器的右上角的側(cè)面，是三位置使能開關(guān)，按下力控開關(guān)，用戶就可以用很小的力來控制機械臂，當開關(guān)處于ON狀態(tài)中間位置時，就可以拖動機器人進行示教操作。2.拖動示教拖動示教是指由人工拖動機器人末端的執(zhí)行器（安裝于機器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)末端的夾持器、工具、焊槍、噴槍等），或由人工操作拖拽機械模擬裝置，實現(xiàn)人工規(guī)劃機器人運動軌跡或目標點，并將該軌跡和目標點進行記錄再現(xiàn)，從而使機器人完成預期的動作。機器人拖動示教5.3機械臂示教機械臂的運動方式有很多種，操作人員可以通過示教器控制機械臂的運動，也可以對機械臂進行拖拽，系統(tǒng)記錄軌跡和位姿狀態(tài)。拖動示教的應用場合如下：（1）特殊軌跡的場合當機械臂在從A點移至B點，需要繞開中間的障礙物時，操作人員可以采用拖動示教的方式規(guī)劃機械臂的軌跡，從而方便快捷。（2）復雜軌跡的場合當需要大量重復操作一些復雜又無規(guī)則的軌跡時（如噴漆），手動示教耗時較長且不好規(guī)劃，此時可以采用拖動示教的方式對機械臂路徑進行規(guī)劃，并將軌跡路徑記錄保存，從而實現(xiàn)預期的工作要求。5.4I/O介紹及設(shè)置機器人示教器操作5.4I/O介紹及設(shè)置機器人的輸入輸出單元我們通常也稱為IO單元或IO模塊，它是機器人與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。機器人通過輸入接口把外部設(shè)備的各種狀態(tài)或信息讀入機器人，按照用戶程序執(zhí)行運算與操作，同時又通過輸出接口將處理結(jié)果傳送給被控制對象，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。工業(yè)現(xiàn)場的輸入和輸出信號包括開關(guān)量和模擬量兩類，因此IO單元也分為數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出兩種，前者又稱為DI/DO，后者又稱為AI/AO。機器人提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的IO接口，有各種各樣功能的IO接口供用戶選用。操作人員在示教器設(shè)置界面中可以查看IO接口信息并進行設(shè)置。5.4I/O介紹及設(shè)置5.4.1控制器I/O及設(shè)置控制器IO（ControllerIO）可分為三種接口，它們分別是安全IO、內(nèi)部IO和聯(lián)動IO。示教器中的“控制器IO”設(shè)置界面5.4I/O介紹及設(shè)置（1）安全IO：所有的安全IO都均為雙通道，可確保單一故障不會導致安全功能失效。輸入端口功能定義輸出端口功能定義SI00/SI10外部緊急停止SO00/SO10系統(tǒng)緊急停止SI01/SI11防護停止輸入SO01/SO11機器人運動SI02/SI12縮減模式輸入SO02/SO12機器人未停止SI03/SI13防護重置SO03/SO13縮減模式SI04/SI14三態(tài)開關(guān)SO04/SO14非縮減模式SI05/SI15操作模式SO05/SO15系統(tǒng)錯誤SI06/SI16拖動示教使能SO06/SO16備用SI07/SI17系統(tǒng)停止輸入SO07/SO17備用安全IO端口功能定義5.4I/O介紹及設(shè)置（2）內(nèi)部IO：為內(nèi)部功能接口，提供控制器內(nèi)部接口板的IO狀態(tài)顯示，不對用戶開放。端口接口板IO狀態(tài)CI00狀態(tài)有效表示聯(lián)動模式，狀態(tài)無效表示手動模式CI01狀態(tài)有效表示主動模式，狀態(tài)無效表示從動模式CI02控制柜接觸器CI03控制柜急停CI10伺服上電CI11伺服斷電CI12控制柜接觸器CI13控制柜急停CO00待機指示CO01急停指示CO02狀態(tài)有效表示聯(lián)動模式，狀態(tài)無效表示手動模式CO03上位機運行指示CO10備用CO11急停指示CO12備用CO13備用內(nèi)部IO端口功能定義5.4I/O介紹及設(shè)置（3）聯(lián)動IO：機械臂可通過該IO接口與外部一臺或多臺設(shè)備（如機械臂等）通信，從而進行協(xié)同運動。聯(lián)動IO端口功能定義端口功能定義LI00聯(lián)動-程序啟動輸入LI01聯(lián)動-程序停止輸入LI02聯(lián)動-程序暫停輸入LI03聯(lián)動-回初始位置輸入LI04遠程開機LI05遠程關(guān)機LO00聯(lián)動-程序運行輸出LO01聯(lián)動-程序停止輸出LO02聯(lián)動-暫停輸出LO03聯(lián)動-回初始位置輸出5.4I/O介紹及設(shè)置5.4.2用戶I/O的設(shè)置示教器中的用戶IO設(shè)置界面如下圖所示。示教器中的“用戶IO”設(shè)置界面5.4I/O介紹及設(shè)置（1）DI和DO為通用數(shù)字IO：各有16路輸入和輸出，可用于直接驅(qū)動末端設(shè)備。（2）F1~F5，用戶可通過給定F1~F5輸入信號。（3）F6：為清除警報信號。（4）AI（模擬輸入）：用于顯示所采集傳感器的電壓值，