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

图示：KUKA对TCP的要求(X轴朝外为加工方向）

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。

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）

   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。   

        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。 用 继续键 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. 用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 是 加以确认。

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

    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 键。

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 姿态测量的 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。

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）

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：

   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。

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。

   图示： 法兰工具移至外部工具

             有两种方法：

l 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。

l 6D : 所有3个轴的姿态都将告知机器人控制系统。

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 在5D/6D 栏中选择一种规格。用 继续键 确认。

        2.3.5 用 已测量的工具 的TCP移动至固定工的TCP。点击测量，并用是确认位置。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 是 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：

    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

        在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。