华数机器人操作与编程说明书.docx
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华数机器人操作与编程说明书
华数机器人
操作与编程说明书
佛山华数机器人有限公司
I操作篇
1机器人基础知识
1.1机器人系统的组成
华数机器人系统包含以下四个部分组成：
▪▪机械手
▪▪连接线缆
▪▪电控系统
▪▪HSpad示教器
图1
1.1.1机器人组
机器人组全称是“机器人运动组”，运动组是一系列运动轴的组合。
华数机器人有两个运动组，分别是机器人组和外部轴组。
“轴”在这里并不是指机器人本体上某一根物理轴。
在控制系统层面上，轴被视为电机、驱动器以及部分软件的组合，如下图2：
图2
每一根轴都有一组由系统预先定义好的属性，这些属性可以用于计算位置
（或速度）指令、监测位置（或速度）限制等，控制器将运动指令发送到驱动器，驱动器就可以据此控制轴的运动。
与之对应，运动组其实是一种数据对象，能使我们控制多根轴同步地完成运动。
运动组也有众多预定义好的属性，用于对组的运动情况进行控制。
我们在示教程序中经常会写出类似于下面的代码：
MOVEROBOTP1
这里的ROBOT实际上就是一个运动组，即机器人组。
1.1.2选择外部轴组
如图3右侧为点动运行指示区域。
默认情况下，显示的是机器人组的关节号
（A1、A2、A3、A4、A5、A6）。
点击其中任意一个图标，都会显示运动组选择窗口。
选择外部轴组后，将显示组中所对应的名称，如E1、E2，按下右侧对应的按键即可运动对应的外部轴。
图3
在程序中运动外部轴时，需要选择外部轴组，且外部轴暂时只能使用move指令，不能使用moves指令，点击“ROBOT”一栏，将弹出运动组选择下拉框，选择“EXT_AXES”，然后记录关机即可，如图4：
图4
1.2机器人坐标系
1.2.1常用坐标系
在示教器中，共有四种坐标系可以选择，说明如下：
（1）轴坐标系：
轴坐标系为机器人单个轴的运行坐标系，可对单个轴进行操作。
（2）世界坐标系：
世界坐标系是一个固定在机器人底座上的笛卡尔坐标系。
（3）基坐标系：
基坐标系是一个笛卡尔坐标系，用来说明工
件的位置。
默认的基坐标系与世界坐标系一致。
修改基坐标系的值后，即将基座标系进行了偏移和旋转。
（4）工具坐标系：
工具坐标系是一个笛卡尔坐标系，位于工
具的工作点中。
默认的工具坐标系在法兰中心点上，调用了一个工具坐标系实际上是将工具中心点从法兰末端移动到工具的末端。
世界坐标系、机器人默认坐标系、基座标系、工具坐标系的关系，以图5
表示为：
图5
1.2.2TCP位姿表示
工业机器人使用的途径就是要装上工具（TOOL）来操作对象。
为描述工具在空间的位姿，须在工具上定义一个坐标系，即工具坐标系TCS（ToolCoordinate
System），而TOOL坐标系的原点就是TCP（ToolCenterPoint），即工具中心点。
在机器人轨迹编程时，就是将工具在其它坐标系（譬如世界坐标系）中的若干位置X/Y/Z和姿态A/B/C记录在程序中。
当程序执行时，机器人就会让TCP按给出的位姿进行运动。
默认情况下，华数机器人TCP即机器人法兰中心点。
A（Y）
Yaw：
偏航角
B（P）
Pitch：
俯仰角
C（R）
Roll：
滚转角
在笛卡尔坐标系中，TCP的位置，就是TCP在该坐标系中X、Y、Z方向的坐标。
需要特别说明的是TCP的姿态角：
图6
2运行前的准备
2.1机器人原点位置
机器人的原点位置在轴坐标系中给出，对于PUMA机器人（如HSR605、HSR612），其原点位置为{0，- ‐90，180，0，90，0}，从左到右依次对应A1到A6的角度。
2.2校零
切换用户组为SUPER，按下菜单键，点击“投入运行”- ‐“调整”- ‐“校准”
图7
移动机器人到机械原点
图8
待各轴运动到机械原点后，点击列表中的各个选项，弹出输入框，输入正确的数据点击确定
图9
各轴数据输入完毕后，点击“保存校准”，重启示教器，可以查看数据是否保存成功。
图10
同样的方法可以对外部轴进行校准，点击下方“外部轴”即可切换为外部轴
校准。
注意：
华数机器人的零点在出厂前已经进行了标定，如果没有发生严重碰撞等导致零点位置发生改变的话，不建议对零点进行校准工作。
2.3软限位设置
软限位设置同样需要SUPER权限，在菜单中，点击“投入运行”- ‐“软件限位开关”
图11
可以看出，软限位的数据是针对轴坐标系而言的。
点击任意一行，可以设置对应轴的软限位数据。
图12
设置完所有轴限位信息后，点击右侧“保存”按钮，如果保存成功，提示栏会提示保存成功。
软限位信息立即生效。
图13
使能开关的作用是：
设置限位是否生效，如果使能开关关闭，则限位不生效，因此，需要在进行设置后，需要启用使能开关，否则限位不生效。
2.4坐标系标定
2.4.1基坐标3点法标定
基坐标标定时须选择默认基坐标作为标定使用的参考坐标，如下图红色圆圈处。
按下菜单键，点击“投入运行”- ‐“测量”- ‐“基座标”- ‐“3点法”
图14
按以下步骤进行3点法标定：
1.选择待标定的基坐标号，可选设置备注名称
2.手动移动机器人到需要标定的基坐标原点，点击记录笛卡尔坐标，记录原点坐标
3.手动移动到标定基坐标的Y方向的某点，点击记录笛卡尔坐标，记录工件Y轴正方向。
4.手动移动到标定基坐标的X方向的某点，点击记录笛卡尔坐标，记录工件X轴正方向。
5.按下标定，程序计算出标定坐标
6.按下保存，存储基坐标的标定值
7.标定完成后，按下移动到点，可移动到标定坐标点。
8.
在菜单中选择显示→变量列表。
选中BASE寄存器界面，点击右侧“刷新”按钮，可以查看标定的相应基坐标值是否显示和准确，在点击“保存”按钮，防止标定后的寄存器坐标丢失的情况。
2.4.2工具坐标4点法标定
将待测量工具的中心点从4个不同方向移向一个参照点，控制系统便可根据这4个点计算出TCP的值。
参照点可以任意选择。
运动到参照点所用的4个法兰位置须分散开足够的距离。
图15
在菜单中，点击“投入运行”- ‐“测量”- ‐“工具”- ‐“4点法”
工具坐标标定时，须使用默认的工具坐标系，如下图，红色圆圈内的值需为
DEF。
标定过程如下：
图16
1、为待测量的工具输入工具号和名称。
点击“继续”键确认。
2、用TCP移至任意一个参照点，点击记录。
点击“确定”键确认。
3、将步骤2再重复3次，参照点不变，方向彼此不同。
4、点击保存，数据被保存，窗口关闭。
2.4.3工具坐标6点法标定
4点法标定可以确定工具坐标系的原点，但是如果要确定工具坐标系的XY
方向则须采用6点法标定。
在菜单中，点击“投入运行”- ‐“测量”- ‐“工具”- ‐“6点法”，其界面与4点法标定基本一致。
标定过程如下：
图17
1、输入工具号和名称，点击“继续”键确认。
2、将TCP移至任意一个参照点，点击记录。
点击“确定”键确认。
3、将步骤2再重复3次，参照点不变，方向彼此不同。
4、移动到标定工具坐标系的Y方向的某点，记录坐标
5、移动到标定工具坐标系的X方向的某点，记录坐标
6、按下标定，程序计算出标定坐标
7、点击保存，数据被保存，窗口关闭。
3坐标系和模式的选择
3.1运动坐标系的选择
点击示教器软件右端机器人图标，弹出运动坐标系选择下拉框
图18
默认运动坐标系为轴坐标系，进入示教器软件时自动设置为该坐标系。
各个坐标系说明如下：
具体启用哪一个基座标系、工具坐标系，可以通过点击上方的扳手图标进行选择：
图19
用户可以通过标定的方式存入需要的基座标系或工具坐标系，最多可以设定
16个工具/工件坐标系。
3.2T1/T2模式选择
在机器人控制器未加载任何程序，钥匙开关的钥匙已插入的情况下，在
HSpad上转动钥匙开关，HSpad界面会显示选择运行方式的界面，选择需要切换的运行方式，将钥匙开关再次转回初始位置，即可切换运动模式。
图20
对于手动运行，有T1、T2两种模式选择，两种模式的区别在于最高运行速度的不同。
T1模式下示教编程和手动运行最高速度为125mm/s；T2模式下示教编程和手动最高运行速度为250mm/s。
3.3单步调试和MOVE到点
华数2型具备单步调试程序的功能，如果在编辑完成一个程序后需要确认程序是否正常运行，可以使用单步调试功能。
方法如下：
1、选择程序运行状态为单步运行，触摸会打开设置窗口（下图红色框框处），在手动T1和手动T2模式下可选择连续/单步运行方式；2、加载程序；3、按下示教器面板上的启动按钮，程序将单步执行，即：
每按一次，程序就执行一行；
单步调试只能在程序加载状态下运行，运用单步调试可以检查程序的逻辑是否有错误等，但是在很多情况下，我们需要执行程序的某一行，而程序不执行前面的几行，如果需要执行的是运动指令，可以使用move到点功能，即手动模式下打开编辑好的程序——选择需要运动某一行——上使能——点击“move到点”，机器人即以关节插补的模式运动到该点，如需停止运动，则点击下方的“停
止运动”按钮。
如果需要执行IO信号输出关闭功能，可以菜单栏的输入输出界面，点击IO信号点设置。
需要注意的是：
在自动运行模式下只能是连续运行，手动T1和手动T2模式下可设置为单步或连续运行。
4常用设置
4.1查看当前坐标
点击菜单键，依次选择“显示”- ‐“实际位置”，可以看到机器人的当前坐标。
图21
当前坐标有“轴相关”、“笛卡尔式”两种，前者显示机器人在关节空间中的位置，后者显示机器人末端（默认为法兰中心）在笛卡尔空间中的位置，如果调用了相关的工具工件坐标，则为在该工具工件坐标系下的空间位置值。
4.2使能开关
图22
显示驱动器的使能状态。
在手动模式下，只能使用安全开关来打开或关闭使能；在自动模式下，只能通过使能状态按钮设置使能；在外部模式下，安全开关或者使能状态按钮都无效，只能通过外部信号来设置使能。
图23
⏹⏹手动模式：
1.切换到手动T1或手动T2状态下，按下示教器背部安全开关，使能打开。
2.松开安全开关或者用力按下安全开关，使能关闭。
⏹⏹自动模式：
1.切换到自动或者外部模式下。
2.按下状态栏的使能显示状态按钮。
3.按下开按钮，即可打开使能。
4.按下关按钮，关闭使能。
使能状态按钮为绿色时，代表使能开启；按钮为灰色时，代表使能关闭。
下说明手动模式与自动模式下开开启或关闭使能的方式：
4.3倍率设置
倍率是指机器人的运行速度的百分比。
倍率以百分比形式表示，点击状态栏手部按钮，弹出倍率设置下拉框，拖动进度条即可修改倍率。
图24
手动模式下，“程序调节量”进度条不可修改，仅可以设置“手动调节量”。
同理，自动模式下，“手动调节量”不可用，仅可以设置“程序调节量”。
可以通过点击正负键，以1%步距为单位更改倍率，也可以通过左右拖动的方式进行更改。
除此之外，示教器右下方有两对物理正负按键，分别对应界面右下角的两个图标，上方图标对应自动模式的倍率修调，下方图标则对应手动模式的倍率修调。
若以物理按键进行倍率修改，只有100%、75%、50%、30%、10%、3%、1%这几个倍率等级可设定。
2.4增量和连续
增量式运行模式可以使机器人每次移动固定的距离，如10mm或3°，随后机器人自行停止。
常见应用范围：
⏹⏹以同等间距进行点的定位
⏹⏹从一个位置移动固定的距离，如在故障情况下
⏹⏹配合测量表调整机器人位置
增量模式只对手动模式下的按键运动有效，对于手动模式下的程序运行无效，对于自动模式也无效。
点击状态栏最右端的按钮，弹出增量模式和连续模式下拉框：
下列选项可供使用：
图25
设置
说明
持续的
增量模式关闭
100mm/10°
1增量=100mm或10°
10mm/3°
1增量=10mm或3°
1mm/1°
1增量=1mm或1°
0.1mm/0.005°
1增量=0.1mm或0.005°
增量单位为mm，适用于笛卡尔运动；增量单位为°，则适用于轴相关的运动。
注意，如果当前的增量运动被中断，如使能断开，则在下一个动作中被中断的增量不会继续，而会从当前位置开始一个新的增量。
2.5移动外部轴
点击任意一个运行键图标，打开“选择轴”窗口，选择所希望的运动组，例如附加轴。
图26
设定好手动倍率，按住安全开关，按下正或负运行键，即可使外部轴朝正方向或反方向运动。
运动组的可用种类和数量取决于设备配置。
配置路径为主菜单- ‐配置- ‐机器人配置- ‐机器人信息（需要SUPER用户权限）。
5报警窗口介绍
示教器内的提示信息共有三种级别，分别是提示（蓝色）、警告（黄色）、错误（红色）。
提示是正常操作的指示信息，如告知用户登录成功；警告告知用户操作非法，比如在加载了程序的情况下试图更换运动模式。
这两者都不会打断正在执行的运动。
错误代表系统发生了严重的问题，错误会导致机器人运动的停止，比如运动过程中的使能断开等。
示教器的报警窗口位于状态栏的下方。
左侧为信息显示区，往右依次有“?
”、
“确认”、“信息确认”、“报警确认”四个按键。
图27
点击“？
”将进入Hspad信息服务，显示具体的信息和相关说明。
出现具体提示信息时，仅提示、警告级别的信息会有“确认”按钮。
点击“确认”后提示
信息从报警窗口中消失。
“信息确认”用于批量确认提示、警告级别的信息，“报警确认”则用于批量确认错误信息。
6确认并清除报警
如图28，示教器上已积累了一批信息，其中包括2个错误（运行中断开使能）、2个报警（运行中切换模式）、1个提示（切换机器人运动组），点击报警窗口即可查看窗口信息下拉栏，注意：
最先出现的报警在最下面，其他报警也可能是由于这个报警导致的，因此确定报警源时，需要详看最下面的报警信息。
图28
点击“信息确认”和“报警确认”，可以确认相关的报警并把报警窗口清空。
7查看历史报警
在排尽错误后，需要点击“报警确认”以使当前运动程序可以接着运行。
但“报警确认”会清空错误信息，可以在运行日志查看相关操作。
按下菜单键，选择“诊断”、“运行日志”，可以看到，有“显示”和“配置”可选。
点击“显示”，查看运行日志。
图29
图30
各级别的提示信息都将被显示，为了方便查看某一类的信息，可以点击左下方“过滤器”，添加过滤规则，如只查看错误级别的信息。
添加过滤器后，运行日志显示如：
图31
图32
点击下方“输出”可以导出运行日志，输出路径是在“诊断”- ‐“运行日志”
- ‐“配置”里进行设置。
默认为U盘的根目录，输出文件名为：
logout.txt。
因此在发生意外撞机等问题，或者是发生现场人员无法解决的问题时，需使用U盘，拷贝相关的操作日志发送给相关技术人员进行问题分析与排查。
操作方法：
插入
U盘——点击“输出”提示输出成功后，发送文档给相关人员，如果不能正常输出，检查U盘是否能正常使用或者是输出路径是否正确。
图33
8变量与输入输出端口
8.1变量列表介绍
变量列表选项显示了系统中设置的变量类型和值，在示教器上点击：
显示- ‐>变量列表。
即可进入变量列表选项。
变量列表包含了外部运行程序变量EXT_PRG、参考点坐标变量REF、工具坐标系变量TOOL、工件坐标系变量BASE等。
点击下方的选项栏，如EXT_PRG、REF、LR、JR等选择不同变量列表。
选中相关的变量后，点击右侧的“修改”按钮，可以对该变量的值进行修改。
修改后注意保存。
注意：
所有修改的操作必须点击保存后才能保存，否则断电重启后会丢失。
8.1.1EXT_PRG变量
图34
EXT_PRG变量用于显示、修改、保存外部自动加载的程序名称。
使用方式：
使用外部模式时，需指定加载的程序，如需加载名字为：
CCC.PRG的程序，则需要在EXT_PRG[1]处填入CCC.PRG，且只能在EXT_PRG[1]处填写，在其他变量处填写无效，会导致外部程序无法加载该程序。
8.1.2REF变量
图35
REF变量是参考点位置变量。
该变量主要用于记录参考点的位置信息。
如果机器人在该位置停留，则与之关联的IO点输出一个信号，使用该功能可以实现机器人在到达一个点后输出一个信号的作用，该变量有8个，即可以实现记录8个不同的位置。
使用方式：
选中需要REF[X]，点击“修改”，记录相关的位置信息，然后在主菜单栏—>配置—>机器人配置—>外部信号配置。
配置相关的输出IO点。
如将
REF[1]和D_OUT[25]关联。
图36
8.1.3TOOL/BASE
TOOL变量是工具坐标系变量，用与保存工具坐标系的信息，有16个，即可以保存16个工具坐标。
BASE是工件坐标系变量，用于保存工件坐标系的信息，有16个。
工具工件坐标系标定成功完成后，在该列表，点击刷新就可看到标定后的信息，工具工件坐标系标定完成后，需要在该列表点击“刷新”和“保存”，否则可能出现标定后的工具工件坐标系丢失的现象。
8.1.4IR/DR
图37
IR是32位的整形数据寄存器，用户保存整型数据，可以在程序中对IR寄存器赋值，使用指令IR[X]=xxx即可，也可以选中对应的IR寄存器，然后点击“修改”，在“值”选项中填入相关数值，最后点击“确定”。
DR是double型双精度寄存器，能记录实数信息，同理可以在程序中对DR寄存器赋值，使用指令
DR[X]=xxx.xxx即可。
注意：
所有的寄存器信息，如果不点击“保存”按钮，都会不保存，即断电后相关信息丢失。
如果需要在程序运行后保存相关的IR,DR寄存器信息，可以使用下面这条指令：
callsavereg（“IR”）。
该指令保存IR寄存器的信息，如果需要保存DR寄存器信息，将IR换成DR即可。
图38
8.1.5JR/LR
图39
JR是关节型坐标寄存器，可以保存各个关节的坐标信息。
在示教编程中，可以使用JR寄存器记录过渡点位的相关信息，点击“获取坐标”即可获取机器人各个关节的坐标信息。
点击“MOVE到点”即可把机器人个关节移动到对应的位置。
也可以通过手动修改轴1~轴6后面的数值，来更改关节坐标的位置，点击“确定”则确定当前记录的关节位置的数值。
LR是笛卡尔型坐标寄存器，能记录机器人的笛卡尔位置信息。
使用方法同
JR寄存器。
8.1.6ER
图40
ER是外部轴关节坐标寄存器，用于记录和保存外部轴关节的点位信息，在使用到外部轴的应用中，可以使用该寄存器保存外部轴的相关点位信息。
图41
图42
8.2.输入输出端口
8.2.1数字量输入输出信号
在菜单栏的显示->输入/输出端->数字输入/输出端。
可以查
看数字量IO的输入输出状态。
IO号表示当前IO的点号。
华数机器人使用HCNC的IO时，输入输出板卡都是8个点。
IO点号顺序按照板块排列的顺序次往后排。
数字输入/输出端的界面如下：
状态栏说明如下表
图43
状态栏
说明
序号
数字输入/输出序列号，用于显示排序点号信息
IO号
数字输入/输出IO号，显示当前IO的点号
值
输入/输出端数值。
如果一个输入或输出端为ON，则被标记为红色。
点击右侧状态栏的“值”按钮可切换
值为ON或OFF。
状态
表示该数字输入/输出端为真实IO或者是虚拟IO，真实IO显示为REAL，虚拟IO显示为VIRTUAL，点击右侧状态栏的“切换”按钮可以进行REAL和VIRTUAL
的状态切换。
说明
给该数字输入/输出端添加说明，方便调试人员记录该
IO点的作用，如果在外部运行配置中进行了IO点位的配置工作，则该点位的信息会在说明栏中自动添加。
8.2.2虚拟IO设置
虚拟IO是华数机器人为方便工程技术人员进行调试工作而开发的一项功能，使用虚拟IO能模拟真实IO的输入输出状况。
操作方法如下：
在菜单栏点击：
显示->输入/输出端->数字输入/输出端。
选中要操作的IO点，然后在右侧菜单栏中，点击“切换”按钮，状态栏中“REAL”改变为“VIRTUAL”，此时该IO点已经切换为虚拟状态，可以点击“值”按钮对该IO点进行模拟信号输入或者输出操作。
该项功能可以用于工程项目实施的调试工作，还有错误状态检查排除工作。
当信号没有输入输出时，可以同时虚拟信号来排查是硬件接线问题还是程序设计问题，便于工程人员快速排查故障。
注意：
虚拟IO信号在进行机器人的操作模式切换时，相关的虚拟信号会被置零，且状态会全部切换为REAL状态。
图44
9自动运行
9.1.如何加载并运行程序、卸载
在示教编辑完成一个程序且经过手动运行检验程序正确无误后，即可使用自动模式运行程序。
自动模式下，机器人的运行速度比手动模式下的速度快，因此建议先在低倍率速度下运行程序，然后再逐步提高机器人的运行倍率。
自动模式下加载程序过程如下：
主菜单栏->选择需要加载的程序。
点击界面下方的“加载”按钮，待程序加载完成，示教器的程序状态栏中显示为“准备”状态后，按下示教器操作面板上的“启动”按键，即可运行程序。
卸载程序操作：
程序在运行时，如果需要卸载程序人然后更改程序的点位，先使用“暂停”按钮停止机器人的运行，然后按“卸载”按键，即可卸载机器人程序。
图45
9.2.运行中报警停机后如何处理
机器人在自动运行过程中，如果遇到突发情况导致机器人报警停机，需先了解突发情况是撞机等因素还是其他因素。
通过查看示教器报警信息、驱动数码管显示状态、电柜IO状态等，确定机器人停机是由于硬件故障停机还是程序运行报警停机，如果是程序运行报警停机，可以先卸载程序，然后拍照记录报警信息，排查故障原因（详细的方法见故障处理篇）。
最后转到手动模式，把机器人移动到安全位置。
复位相关报警状态后，可以重新加载程序运行，如有必要可使用U盘输出相关的报警信息，并提交给相关的技术人员。
10外部控制
10.1外部模式的应用及与自动模式的区别
外部控制是机器人将操作控制权交由外部总控（上位机）控制的一种模式，外部控制的实现有两种方式：
一、通过IO信号控制。
使用外部模式，通过在外部运行配置中配置相关的IO信息，然后通过IO信号来控制机器人实现程序加载、运行、暂停、启动、卸载等操作。
二、通过二次开发接口以太网的方式实现。
华数机器人提供基于C/C++的二次开发接口库，通过该库，可以在上位机（电脑或者工控机等）通过以太网的连接方式实现对机器人的控制，使用二次开发接口时，机器人应处于自动模式下。
如果需要使用该方式，须与
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