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KUKA(库卡)机器人工具测量办法
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摘要: KUKA机器人的编程手册内规定工具加工方向(+X)和RobotArt内的(+Z)不一致,造成按KUKA手册试教出来的工具的TCP ,抄录到 RobotArt软件内的工具TCP设置界面后,真机运行时,机器人不受控制乱跑。 为了解决这个问题,RobotArt对在线的所有kuka机器人重新进行了定义,全部改为Z轴朝外,并对KUKA的后置格式全新进行了编写。改进后的RobotArt内的kuka机器人,后置支持输出line ptp cir (圆弧和整圆),也支持输出使用外部固定工具进行的打磨轨迹。RobotArt对KUKA机器人的支持,有个质的飞越。 这篇文章是结合这次KUKA相关改动后,通过真机多次尝试后,编撰的一套测试kuka机器人真机的法兰(包括快换)工具、外部工具(固定工具)的TCP的完整系统的测试办法。 希望对大家操控KUKA机器人有所帮助,有任务疑问,请随时联系(微信号:15810371630)

KUKA(库卡)机器人工具测量办法

(法兰工具、固定工具)


RobotArt离线编程软件要想和真机完美结合,保持动作一致,需要按整个离线编程软件使用流程的要求的一环要求,进行软件环境和真实环境之间进行校准操作。

    (机器人)零点校准--》(工具)TCP校准--》(被加工)零件校准

因为KUKA的技术手册和RobotArt要求的有很大出入。因此,这篇文章只讲述RobotArt控制KUKA机器人时,工具TCP的校准办法。零点校准(即指:基坐标测量)和零件校准请看KUKA的相关技术文档即可,这里不做详细表述。

RobotArt内对机器人工具的TCP(tool center point)加工方向的定义和KUKA提供的编程手册所描述的有所不同(如下图所示):

KUKA手册上要求工具的TCP姿态的X轴朝外为作业方向;

RobotArt要求TCP姿态的Z轴朝外为作业方向

Snap1.jpg

 

图示:KUKA对TCP的要求(X轴朝外为加工方向)

Snap2.jpg

 

图示:RobotArt对TCP的要求(蓝色Z轴朝外为加工方向)

因此,如果使用RobotArt对含有KUKA机器人的工作场景进行编程时,事先要对真实机器人本体安装的工具TCP进行测量时(也叫TCP校准),不能完全按照KUKA编程手册内的描述去操作,否则就会出错。

讲前需要补充两点:

1.库卡(KUKA)机器人编程手册内虽然对工具TCP加工方向的轴及轴的朝向和RobotArt要求的不一致。但是: 里面描述的确定工具的TCP相对于机器人BASE坐标系的空间位置(XYZ)的讲述是正确;用于确定TCP空间姿态(ABC)的讲述也是正确的。

2.机器人的工具分三大类:法兰工具、快换工具、外部工具。 前两者的测量办法基本一致,外部工具是另一类的,下面会分别介绍。

下面结合RobotArt软件工作站内的CHL-JC-01工作站的校准过程,给大家讲解一下KUKA机器人的法兰工具的测量办法。

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图示:CHL-JC-01工作站加载位置

 

 

1.法兰工具测量

 

1.1 法兰工具测量的途径 (仅仅讲一下标红的办法)

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   1.2 TCP测量的XYZ 4点法  

            将待测量工具的TCP 从4个不同方向移向一个参照点。参照点可以任意选择。机器人控制系统从不同的法兰位置值中计算出TCP。

            试教法兰工具的TCP时,不借助 顶针而选择桌子的边角,是因为KUKA机器人无论法兰工具、快换工具或外部工具(固定工具)的TCP校准,不仅仅是简单试教多个点,后面还的用 ABC 2点法去试教TCP姿态。后面试教姿态时,如果周边没有含有边线的模型作为参考,移动或者摆设机器人末端的法兰姿态时会很困难。   

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        XYZ 4点法的操作步骤:(库卡示教器操作)

    1. 选择菜单序列  投入运行 > 测量 > 工具 > XYZ 4点

            2. 为待测量的工具在给定一个号码和一个名称。 续键 确认。

             (这个法兰工具的编号需要记住,后面校准外部工具时,需要手工输入这个编号)

3. TCP移至仍以一个参照点。按下软键 测量 ,对话框“是否应用当前位置?继续测量” 用  加以确认。

4. TCP从一个其他方向朝参照点移动。重新按下测量 ,用 回答对话框确认。

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    5. 把第4步重复两次。(最后一次不一定按图中那样让工具TCP垂直朝下。)

            6. 负载数据输入窗口自动打开。 正确输入负载数据,然候按下 继续

7. 包含测得的TCP X Y Z值的窗口自动打开,测量精度可在误差项中读取。数据可通过 保存 直接保存。

 

1.3 姿态量的 ABC 2点法

        通过趋近X轴上一个点和XY平面上一个点的方法,机器人控制系统即可得知工具坐标系的各轴。

        当轴方向必须特别精确地确定时, 将使用此方法。

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图示:姿态测量的 ABC 2点法(真机运动情况)

特别说明:

1.姿态测量遵循坐标系的“右手定则”。

        2.确定真实环境下机器人工具的TCP坐标系的朝向时,尽量和软件内定义好的工具TCP朝向一致。这样后续校准时,工具TCP的姿态变动很小,即使事先RobotArt内做好的轨迹也不会受到太大影响(校准前后TCP朝向变化太大,很多事先做好的轨迹会大量变坏)。

    3.确定X 或Y轴正向的原则是:首先,选择“工具”为当前坐标系;然后,按照示教器上“ABC二点法”的提示,结合上图中机器人法兰末端坐标系和当前要测试的工具TCP的朝向关系:

3.1向机器人法兰工具的 -Z 方向移动一点距离,来确定工具TCP的X轴正向;

3.2向机器人法兰工具的 +Y 方向移动一点距离,来确定工具TCP的Y轴正向;

         (本质就是:机器人工具TCP实际运动的方向就是X 或Y轴的正向方向)

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1.4 TCP校准

       从示教器上,将上面校准完成的TCP的值,抄录或拍照下来。然后按下图输入到机器人的法兰工具的 TCP设置 界面内:

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   特别说明:

   1.RobotArt内只有法兰工具、外部工具的右键菜单内有“TCP设置”,快换工具没有;

   2.RobotArt内法兰工具一旦安装了快换工具,则快换工具的TCP会被复制到法兰工具内;

   3.抄录试教器内试教的法兰/快换工具的值,移动要看清楚,不要抄错位置。

 

 

2.固定工具测量

 

2.1 概述

        固定工工具的测量分为2步:

        2.1.1 确定固定工具的外部TCP和世界坐标系原点之间的距离;

        2.1.2 确定外部TCP,确定该坐标系的姿态。

Snap1.jpg

 

图示:机器人Base坐标系和固定工具的关系

         特别说明:

             固定工具(外部工具)的TCP,是以群局坐标系World(或者机器人Roboroot也就是Base坐标系,因base和world默认重合)为基准管理外部TCP,即固定工具(外部工具)等同于基坐标。

 

   2.2 测量说明 (重点关注6D的测量办法) 

        2.2.1 确定TCP时需要一个由机器人引导的已测工具。(前面试教好的工具即可)

        2.2.2 确定姿态时要将法兰的坐标系校准 至平行与固定工的坐标系。

  

Snap2.jpg


   图示: 法兰工具移至外部工具

 

             有两种方法:

5D : 只将法兰工具的朝向(+X轴方向)与 固定工具 +Z轴方向 水平且T同向。其他轴的姿态将由系统确定,对用户来说,不是很容易地就能识别。

6D : 所有3个轴的姿态都将告知机器人控制系统。

           

Snap3.jpg


图示:对坐标系进行平行校准(隐藏了法兰工具)

 

2.3 操作步骤 (示教器手工操作)

        2.3.1 在主菜单中选择:投入运行>测量>固定工具>工具

        2.3.2 为固定工具指定一个号码和一个名称。用 继续键 确认。

        2.3.3 输入所用参考工具的编号(选已校好的法兰工具名字)。用 继续键 确认。

              (因为它要记录到坐标系列表内,因此起编号最好靠后,比如从11开始)

        2.3.4 5D/6D 栏中选择一种规格。用 继续键 确认。

        2.3.5  已测量的工具 TCP移动至固定工的TCP。点击测量,并用确认位置。2.3.6 请看上面的图片(图示:对坐标系进行平行校准

如果选择 5D:

    不推荐,按照库卡机器人编程手册介绍的办法无法确定出Z轴方向。

              如果选择 6D:

                  应对机器人末端法兰进行调整,使它的各轴平行于固定工具的各轴:

                       FL的 +X  平行且同向于外部工具的  TCP的 +Z

                       FL的 +Y  平行且同向于外部工具的  TCP的 +Y

                       FL的 +Z  平行且反向于外部工具的  TCP的 +X

        2.3.7 点击 测量 。用  确认位置。

        2.3.8 按下 保存键

 

2.4 TCP校准

        从示教器上,将上面校准完成的外部工具的TCP的值(该值在坐标系列表内),抄录或拍照下来。然后按下图输入到外部工具的TCP设置界面内:

Snap4.jpg

 

    特别说明:

    1.RobotArt内只有法兰工具、外部工具的右键菜单内有“TCP设置”,快换工具没有;

    2.RobotArt内法兰工具一旦安装了快换工具,则快换工具TCP会被复制到法兰工具内;

    3.抄录试教器内试教的法兰/快换工具的值,移动要看清楚,不要抄错位置。

   

2.5 校准工件

        KUKA(库卡)的机器人编程手册中,后面会强调还要校准工件。 RobotArt对这块进行了特殊处理,因此不需要再进行校准。

 

后记:

按照校准的流程,后续还需要借助校准好的法兰工具(最好是一个顶尖型法兰工具),对零件进行工件校准。如何校准顶尖型法兰工具(请看前面内容)和 零件校准,不再详述。


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陌陌
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