机器人现场编程6.工具坐标系
电子教案与课件：《工业机器人现场编程》4.2工具坐标系的设定
步骤2也可以是选择“更改声明”进入数据声明，选择“初 始值”，或者是在新建工具数据时，选择“初始值”。
在打开的页面中，设定工具的工具中心点偏移值X1、Y1、 Z1、质量mass和重心位置。
单击“确定”，工具坐标系的建立完成。
预定义法（定义工具框）
预定义法又称示教法，为便于定位这种方法适用于工具末端 为一个点的工具这个点也是工具的TCP点，如焊枪、笔形工 具等。TCP 的设定原理如下：
数值 TRUE
1
0 0 1
对于笔形几何体工具Spintectool的工具数据
采用“六点法”定义，具体的操作步骤如下:
“手动操纵-工具坐标”中新建“tool2”，并选中。 单击“编辑”，在展开的菜单中选择“定义”。
选择“TCP和Z，X”，使用6点法设定TCP。
选择合适的手动操纵模式。 轻按使能器按钮，操纵摇杆使工具参考点靠上固定点，作为第一个点。 单击“修改位置”，将点1位置记录下来。
储器中。
tool0的工具中心点TCP位于机器人安装法兰盘的中心 点，与安装凸缘方向一致，如图所示。
一般，新工具的TCP基于tool0的偏移定义。
什么是工具数据（tooldata）？
一般机器人根据不同的用途会配置不同 的工具，例如弧焊机器人使用弧焊枪作 为工具，而搬运机器人就会使用吸盘或 机械手爪作为工具。
变换工具参考点姿态，再靠上固定点，重复步骤4）。依次修改 点2—点4位置。其中第4点为垂直点，既需要将工具参考点垂直 于固定点。
工具参考点以点4的姿态从固定点向+X方向移动， 单击“修改位置”，将延伸器点X位置记录下来。
工具参考点以点4的姿态从固定点移动到 工具TCP的Z方向。
单击“修改位置”，将延伸器点Z位置记录下来。 单击“确定”完成设定。
机器人现场编程 川崎机器人坐标系的种类
二、川崎机器人坐标系-BASE
BASE坐标系基础坐标系建立在第一关节NT，当工具为空时，控制点为
第六轴端面中心点，即空工具中心点）的平
移或转动。
二、川崎机器人坐标系-TOOL
工具坐标系建立在安装于第六关节工具处。
川崎机器人坐标系的种类
一、川崎机器人的坐标系的种类
JOINT（关节（各轴）坐标系）
BASE（基坐标系坐标系） TOOL （工具坐标系）
二、川崎机器人的坐标系-JOINT
机器人的所有关节所构成的坐标系即
为关节坐标系。 通过调节关节坐标系各轴旋转角度 以及速度，可以确定末端夹持工件的位 姿和速度。
机器人的位姿发生变化，其工具坐标系也 发生变化，如右图所示。
二、川崎机器人坐标系-TOOL
TOOL坐标系各轴正方向的定义： Z 轴垂直于夹具法兰端面，方 向向外；
X 轴沿夹具的开口方向；
X Y
Z
Y 轴右手螺旋定则确定。
工业机器人现场编程(FAUNC) 直接输入法设置工具坐标系
直接输入法设置---机器人工具坐标系
直接输入法
直接输入所需工具坐标系TCP相对于默认工具坐标系原点的x、y、z的值和所需工具坐标系方向相对于默认工具坐标系方向的回转角w、p、r的值。
步骤
1. 按下[MENU] （菜单）键，显示出画面菜单
2. 选择“ 设定”，光标右移选择“ 坐标系”。
出现工具坐标系一览画面
3. 将光标指向工具坐标系号码
4. 按下F2“详细”。
或者按下ENTER（输入）键
5. 出现所选的工具坐标系号码的工具坐标系设定画面
6. 按下F2 “方法”
7. 选择“直接输入法”。
出现基于直接示教法的工具坐标系设定画面
8. 输入注释
a 将光标移动到注释行，按下ENTER（输入）键
b 选择使用单词、英文字母
c 按下适当的功能键，输入注释
d 注释输入完后，按下ENTER 键
9. 输入工具坐标系的坐标值
a 将光标移动到各条目
b 通过数值键设定新的数值
c 按下ENTER 键，输入新的数值
10. 按下PREV（返回）键，显示工具坐标系一览画面。
可以确认所有工具坐标系的设定值
11. 要将所设定的工具坐标系作为当前有效的工具坐标系来使用，按下F5 "SETIND”，并输入坐标系号码
12。
在光标处输入坐标系号1，出现以下画面。
说明当前是工具坐标系1号。
注意：
若不按下F5 “切换”，所设定的坐标系就不会有效
也可以使用SHIFT + COORD来选择需要使用的坐标系号码13. 要清除所设定的坐标系数据，按下F4 “清除”。
工业机器人现场编程 项目三 设置工业机器人常用坐标系
图3-1-3 用户坐标系在 不同工作面是的坐标
二 工业机器人直角坐标系
3.工具坐标系 工具坐标系用来定义工具中心点（TCP）的位置。安装在末端法兰盘上的工具 需要在其中心点（TCP）定义一个工具坐标系，通过坐标系的转换，可以操作机器 人在工具坐标系下运动，以方便操作。如果工具磨损或更换，只需重新定义工具 坐标系，而不用更改程序，如图3-1-4所示。 通常我们所说的机器人轨迹及速度，其实就是指TCP点的轨迹和速度。TCP一 般设置在手爪的中心，焊丝端部，点焊静臂前端等。 默认的工具坐标系是将法兰盘中心定义为工具坐标系的原点，法兰盘中心指 向法兰盘定位孔方向定义为X轴正方向，垂直法兰盘向外的方向定义为Z轴正方向。 新的工具坐标系都是相对默认的工具坐标系变化得到的。
图3-2-14 坐标系设置画面
二 应用六点法设置工具坐标系
3．移动光标到所需 设置的工具坐标系，按键 F2 【详细】（DETAIL） 进入详细界面，见图3－ 2-15所示；
图3－2－15 工具坐标详细画面
二 应用六点法设置工具坐标系
图3－2-16 六点法设置画面
4.按 F2【方法】 （METHOD）选择所用的 设置方法 【六点法 （XZ）】（Six point （XZ）），进入图3－2－ 16画面；
W，P，R的值为0： 即三点法只是平移了整个 TOOL坐标系，并不改变 其方向。
二 应用六点法设置工具坐标系
与三点法一样地设定工具中心点，然后设定刀具姿势（W，P，R）。进行示教， 使W,P,R成为空间上的任意1点、平行于刀具X轴方向的1点，XZ平面上的1点。如图3 －2－12所示。
图3－2－12 六点法设置计算W,P,R值三点取法
工业机器人三个关键程序数据工具坐标系
设定如下：பைடு நூலகம்
4、机器人通过这四个位置点的位置数据计算求得TCP的数 据，然后TCP的数据就保存在tooldata这个程序数据中被程序 进行调用。
工业机器人的tooldata可以通过三个各方式建立：分别是4 点法、5点法、6点法建立。4点法，不改变tool0的坐标方向；5 点法，改变tool0的Z方向；6点法，改变tool0的X和Z方向（在 焊接应用最为常用）。在获取前三个点的姿态位置时，其姿态 位置相差越大，最终获取的TCP精度越高。
工业机器人TCP数据的设定原理：
1、首先在工业机器人工作范围内找一个非常精确的固定 点作为参考点。
2、然后在工业机器人已安装的工具上确定一个参考点 （最好是工具的中心点）。
3、用之前介绍的手动操纵工业机器人的方法，去移动工 具上的参考点，以四种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点 刚好碰上。为了获得更准确的TCP，在以下例子中使用六点法 进行操作，第四点是用工具的参考点垂直于固定点，第五点是 工具参考点从固定点向将要设定为TCP的X方向移动，第六点是 工具参考点从固定点向将要设定为TCP的Z方向移动。
4.2建立ABB工业机器人三个关键程序数据
在进行正式的编程之前，必需构建必要的编程环境，其 中有三个必须的关键程序数据（工具数据tooldata、工件坐 标wobjdata、负荷数据loaddata）就需要在编程前进行定义。
工具数据tooldata建立 工具数据tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具的
2、然后在工业机器人已安装的工具上确定一个参考点（最好是工具的中心点）。 6点法，改变tool0的X和Z方向（在焊接应用最为常用）。 工业机器人的tooldata可以通过三个各方式建立：分别是4点法、5点法、6点法建立。 3、用之前介绍的手动操纵工业机器人的方法，去移动工具上的参考点，以四种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点刚好碰上。 3、用之前介绍的手动操纵工业机器人的方法，去移动工具上的参考点，以四种以上不同的机器人姿态尽可能与固定点刚好碰上。 工具数据tooldata用于描述安装在机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数数据。 6点法，改变tool0的X和Z方向（在焊接应用最为常用）。 工具数据tooldata建立 这些工具一般会直接安装在工业机器人法兰盘上，以真空吸盘为例，工具tooldata设定，只需要设定工具质量，重心在默认tool0的Z的 正方向偏移值，TCP点设定在吸盘的接触面上，从默认tool0上的Z方向偏移值。 4、机器人通过这四个位置点的位置数据计算求得TCP的数据，然后TCP的数据就保存在tooldata这个程序数据中被程序进行调用。 工业机器人的tooldata可以通过三个各方式建立：分别是4点法、5点法、6点法建立。
工业机器人软件中的工具工件坐标系操作步骤
工业机器人软件中的工具工件坐标系操作步骤一、工具坐标系操作：1.创建工具坐标系：首先在工业机器人软件中打开工具和坐标系操作界面，在界面上选择创建新的工具坐标系选项。
然后，根据需要填写工具的名称和参数，如工具的长度、宽度和高度等。
点击确认按钮创建工具坐标系。
2.定义工具坐标系的位置和姿态：在创建工具坐标系后，需要定义工具坐标系相对于机器人基坐标系的位置和姿态。
可以通过示教设备或者程序代码对工具进行示教或者手动输入工具的位置和姿态参数。
3.验证工具坐标系的准确性：在定义工具坐标系后，需要验证工具坐标系的准确性。
可以通过示教设备移动机器人、运行程序或者进行仿真来观察工具相对于机器人基坐标系的位置和姿态是否正确。
4.保存工具坐标系：在验证工具坐标系正确无误后，需要保存工具坐标系，以便在后续编程中使用。
可以将工具坐标系保存到机器人控制器或者工业机器人软件中的工具库中。
二、工件坐标系操作：1.创建工件坐标系：在工业机器人软件中打开工件坐标系操作界面，在界面上选择创建新的工件坐标系选项。
然后，根据需要填写工件的名称和参数，如工件的长度、宽度和高度等。
点击确认按钮创建工件坐标系。
2.定义工件坐标系的位置和姿态：在创建工件坐标系后，需要定义工件坐标系相对于机器人基坐标系的位置和姿态。
可以通过示教设备或者程序代码对工件进行示教或者手动输入工件的位置和姿态参数。
3.验证工件坐标系的准确性：在定义工件坐标系后，需要验证工件坐标系的准确性。
可以通过示教设备移动机器人、运行程序或者进行仿真来观察工件相对于机器人基坐标系的位置和姿态是否正确。
4.保存工件坐标系：在验证工件坐标系正确无误后，需要保存工件坐标系，以便在后续编程中使用。
可以将工件坐标系保存到机器人控制器或者工业机器人软件中的工件库中。
工业机器人操作与现场编程智慧树知到答案章节测试2023年临沂职业学院
项目一测试1.ABB 机器人标准 IO 板挂在 DeviecNet 总线下，实现与外界的 IO 通信。
（）A:错B:对答案:B2.ABB 标准 I/O 板安装完成后，只需将 I/O 板添加到 DeviceNet 总线上，即可在示教盒和软件中使用。
（）A:错B:对答案:A3.通过ABB 机器人控制柜上的钥匙切换开关可以选择的工作模式有手动模式、自动模式和半自动模式三种。
（）A:对B:错答案:B4.ABB 机器人常用数据类型 num 可取整数值或小数值。
（）A:对B:错答案:A5.ABB 机器人在自动模式下，使能按键无效。
（）A:对B:错答案:A项目二测试1.（）不是机器人的常用坐标系。
A:工具坐标系B:大地坐标系C:环境坐标系D:关节坐标系答案:C2.机器人运行发现异常时，应立即按下（）按钮。
A:伺服停止B:紧急停止C:伺服使能D:电源启动答案:B3.示教盒上安全开关紧握为ON，松开为OFF状态，当握紧力过大时，为（）状态。
A:OFFB:不变C:其他D:ON答案:A4.微动增量仅在手动模式下生效。
（）A:错B:对答案:B5.操作杆的摇摆幅度与工业机器人的运动速度有关，幅度越小，则工业机器人运动的速度越慢。
（）A:错B:对答案:B项目三测试1.以下哪个选项不属于工业机器人的运行模式（）。
A:自动运行B:外部自动运行C:半自动运行D:手动运行答案:C2.机器人进行关节运动时，使用的程序命令为（）。
A:MoveCB:MoveJC:MoveLD:MoveAbsJ答案:B3.在机器人运动指令中，Z50是指（）。
A:运动方式B:转弯半径数据C:工具数据D:速度数据答案:B4.MoveC程序命令可以实现机器人直线运动。
（）A:错B:对答案:A5.在机器人运动指令中，wobj0是指工件数据。
（）A:对B:错答案:A项目四测试1.按焊接工艺分类焊接机器人分（）。
A:小型焊接机器人B:中型焊接机器人C:点焊机器人D:弧焊机器人答案:CD2.焊接通过下列哪几种种途径达成接合的目的（）。
C-3.1.1-O-F三点法设置工具坐标系
谢谢
电气电子学院 黄老师
FANUC ROBOT
3. 设置方法： • 三点法 • 六点法 • 直接输入法
方法一:三点法设置
步骤如下:
1. 依次按键操作： MENU（菜单） -
- SETUP（设定）-- F1 TYPE（类型）
-- Frames（坐标系）进入坐标系
画面1
设置界面，见画面1；
2. 按 F3 OTHER（坐标）选择Tool
Frame（工具坐标）进入工具坐标
工业机器人（FANUC）现场编程
三点法设置工具坐标系
一. 工具坐标系
1. 工具坐标系需要在编程前进行设定，缺省设定的工具坐标系的原 点位于机器人J6 轴的法兰上。根据需要把工具坐标系的原点移到 工作的位置和方向上，该位置叫工具中心点TCP（Tool Center Point）。
2. 工具坐标系的所有测量都是相对于TCP的，用户最多可以设置10 个工具坐标系，它被存储于系统变量$MNUTOOLNUM。
4；
画面4
5. 记录三个接近点，用于计算TCP点的 位置，即TCP点相对于J6轴法兰盘中 心点的X，Y，Z的偏移量；
具体步骤如下： a) 移动光标到每个接近点 （Approach point N （参考点N））； b) 示教机器人到需要的点，按 SHIFT+F5 RECORD（位置记录） 记录； c) 记录完成，UNINIT（未示教）变为
系的设置界面，见画面2；
画面2
3. 在画面1中移动光标到所 需设置 的TCP点，按键 F2 DETAIL（细节） 入 进入详细界面；
4. 按F2 METHOD（方法），见画面3，
工业机器人现场编程工具坐标系
工业机器人现场编程工具坐标系在工业自动化领域，机器人编程已经成为一项至关重要的任务。
而工具坐标系作为机器人编程的核心概念之一，对于机器人的精确运动控制具有决定性的影响。
本文将探讨工业机器人现场编程工具坐标系的相关问题。
一、工具坐标系的定义与重要性工具坐标系是机器人编程中用来描述工具位置和姿态的参考框架。
它规定了工具中心点（TCP）在机器人坐标系中的位置，以及工具的姿态（方向）。
工具坐标系是实现机器人精确运动的关键因素，它可以帮助我们确定工具在空间中的位置和姿态，从而确保机器人准确无误地执行预设的轨迹。
二、现场编程工具坐标系的方法在现场编程中，设置工具坐标系的方法主要有以下几种：1、手动设定工具坐标系：通过手动操作机器人，使其工具中心点与已知的固定点对齐，从而设置工具坐标系。
此方法适用于简单、重复性高的任务，但精度相对较低。
2、传感器辅助设定工具坐标系：利用外部传感器（如激光传感器、视觉传感器等）来识别物体特征，根据特征信息确定工具中心点位置和姿态，从而设置工具坐标系。
这种方法精度较高，但需要额外的传感器设备和处理传感器数据的计算能力。
3、算法自动学习工具坐标系：通过给机器人预设轨迹，利用运动学和机器学习算法自动学习工具中心点位置和姿态，从而设置工具坐标系。
此方法适用于未知环境下的自适应控制，但需要具备一定的算法知识和计算资源。
三、现场编程工具坐标系的实践案例以某汽车制造厂为例，该厂采用ABB工业机器人进行自动化生产线改造。
在生产线中，机器人需要完成物料抓取、装配、焊接等任务。
为了确保机器人的精确运动控制，工程师采用了传感器辅助设定工具坐标系的方法。
他们使用激光传感器来识别物料特征，并根据特征信息确定工具中心点的位置和姿态。
通过这种方法，他们成功地提高了机器人的工作效率和准确性。
四、总结在工业机器人现场编程中，工具坐标系是实现精确运动控制的关键因素。
了解并掌握工具坐标系的设置方法对于提高生产效率和质量具有重要意义。
(埃夫特工业机器人操作与编程)项目6工具坐标系标定
自动标定
利用传感器和算法自动识别机器 人末端执行器的位置和姿态，并 通过迭代计算得到工具坐标系的
相关参数。
激光跟踪仪标定
利用激光跟踪仪对机器人末端执 行器进行测量，获取末端执行器 的位置和姿态数据，然后进行数 据处理和计算，得到工具坐标系
的相关参数。
02 工具坐标系标定步骤
准备工作
和应用。
对埃夫特工业机器人的评价
埃夫特工业机器人具有较高的稳定性和可靠性，操作简单方便，能够满足一般工业 生产的需求。
埃夫特工业机器人的售后服务较好，技术支持比较到位，对于使用过程中出现的问 题能够及时解决。
当然，埃夫特工业机器人也存在一些不足之处，如部分功能还需要进一步完善，但 总体来说是一款性价比较高的工业机器人产品。
整理采集到的数据，并检查是否有异常值或缺失值。
数据处理
根据标定原理和公式，对数据进行处理，计算工具坐 标系中的各项参数。
结果验证
将计算得到的参数应用到机器人中，并进行验证，确 保标定结果的准确性和可靠性。
03 工具坐标系标定结果分析
数据对比分析
标定前数据
在未进行工具坐标系标定前，机器人 的定位精度和重复定位精度分别为 ±0.2mm和±0.1mm。
校准工具
使用测量设备对工具进行校准， 确保工具的长度、角度等参数符 合要求。
标定操作流程
设定原点
将机器人移动到已知的原 点位置，并记录该位置。
执行标定程序
根据机器人编程语言编写 或调用标定程序，并执行。
数据采集与记录
在标定过程中，采集并记 录机器人末端位置数据， 以便后续处理。
数据记录与处理
数据整理
增强环境适应性
通过改进机器人硬件和软件算法，提高机器人在不同环境下的适应 能力，减小环境因素对定位精度的影响。
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方向移动。
围绕TCP点改变姿态
沿工具作业方向移动
工具坐标系
3）沿着TCP上的轨迹保持已编程的运行速度； 运行程序时，工具TCP点的速度始终保持设定的速度。
4）保持定义的姿态沿轨迹运行。 在轨迹某一点定义好机器人姿态，全局坐标系下移动
工具坐标系测量原理
工具坐标系
工具坐标系测量分几个方面？
工具坐标系的测量主要分为2个方面： 1）确定工具坐标系的原点 2）确定工具坐标系的姿态
步骤 1 2
或者
工具坐标系测量步骤及测量方法说明
步骤说明
测量方法
确定工具坐标系的原 点
XYZ4点法 XYZ参照法
确定工具坐标系的姿 态
ABC世界坐标法 ABC2点法
工具坐标系
ABC 2点法
ABC 2点法测量原理： 通过移至X轴上一个点和XY平面上一个点的方法，机器人控
制器可得知工具坐标系的轴数据。 提醒：
此方法适用于轴方向要求必须特别精确地确定。
ABC 2点法进行方向测量
工具坐标系
• 工具测量有何意义？ 1）可以围绕工具TCP点改变姿态；
将工具TCP靠近一固定点，基坐标为工具坐标系 的情况下，手动操作或者6D鼠标操作机器人，不管 是什么姿态，始终与固定点接触。
机器人，其工具始终保持开始的姿态沿着轨迹运行。
沿TCP上的轨迹保持设定速度运行
保持定义姿态沿轨迹运行
XYZ 4点法测量
工具坐标系
XYZ参照法的测量原理
对一件新工具与一件已测量过的工具进行比较测量，机器人 控制系统比较法兰位置，并对新工具的TCP进行计算。
XYZ参照法测量
工具坐标系
ABC世界坐标系法原理
将工具坐标系的轴调整至平行于世界坐标系的轴，机器 人控制系统从而得知工具坐标系统的姿态取向。 ABC世界坐标系法确定姿态可分为两种方式进行： ➢5D法：只将工具的作业方向告知机器人控制系统。该作业方向 默认为X轴，其它轴的方向由系统确定。 即+X工具坐标∥ -Z世界坐标 ➢6D法：将所有3根轴的方向均告知机器人控制系统。 +X工具坐标∥ -Z世界坐标 +Y工具坐标∥+Y世界坐标 +Z工具坐标∥+X世界坐标
直接输入至法兰中心点的距离值（X，Y，Z）和转角（A， B，C），即数字输入
工具坐标系
XYZ4点法的测量原理 将工具的TCP从4个不同方向移向一个参照点（一般选择尖端点或
具有明显特征的点），机器人控制系统从不同的法兰位且距离足够 远。
工具坐标系
• 工具坐标系的定义 工具坐标系是以参照点创建一个坐标系，这个参照点称为TCP，
这个坐标系称为工具坐标系。它是一个直角坐标系（笛卡尔坐标系）， 其坐标系的X轴与工具工作方向一致，随着工具的移动而移动。 • 工具坐标系测量的定义
工具坐标系的测量是指机器人控制系统通过测量工具（工具坐标 系）识别工具顶尖（TCP）相对于法兰中心点位于何处以及其方向如 何。