FANUC机器人教程：用户坐标系标定及其使用方法
目录
概述
工作站创建
任务描述
用户坐标系标定方法
用户坐标系标定操作
用户坐标系手动测试
用户坐标系在程序中的应用
用户坐标系选择指令介绍
机器人示教编程
仿真运行
仿真案例资源下载
概述
FANUC机器人的用户坐标系，是用户对每个作业空间定义的直角坐标系。它用于位置寄存器的示教和执行、位置补偿指令的执行等。另外，在用户坐标系输入选项中，程序中的位置也可以根据用户坐标进行示教。
用户坐标系，通过相对于世界坐标系的坐标原点位置（x，y，z）和绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度（w，p，r）来定义。未定义时，将由世界坐标系来替代用户坐标系。
标准情况下，FANUC机器人开放出了9个可供用户自定义设定的用户坐标系。如有需要，也可以将用户坐标系增加至253个（当使用R-30iB和R-30iB Mate控制器时，最多可增加至61个）。
工作站创建
为了能够更好的学习和理解FANUC机器人的用户坐标系，我们在ROBOGUIDE中创建1个简易的虚拟工作站，用于用户坐标系的标定操作和示教编程应用，创建完成的虚拟工作站如下图所示。
任务描述
在创建好的FANUC机器人虚拟工作站中，示教其中一个工件的加工程序（TCP沿工件上表面边缘运动一周），然后使用用户坐标系功能实现对另一个工件加工路径的快速迁移。
先来看一下仿真运行效果，点击下方视频查看。绿色工件的加工路径程序是示教出来的，棕色工件的加工路径是通过用户坐标系功能快速迁移过来的。从视频中可以看到，FANUC机器人成功实现了两个工件的加工。
ROBOGUIDE虚拟仿真：FANUC机器人用户坐标系应用
用户坐标系标定方法
FANUC机器人的用户坐标系可以通过以下3种方法进行标定。
- 三点法
三点法用户坐标系标定，即通过记录坐标系的原点、X轴方向上的点和XY平面上的点来进行用户坐标系标定的方法。
该标定方法使用最为广泛，对于标定对象表面较为平整、坐标系方向较为明确的场景均适用，如标准矩形工件边缘定位、水平台面上的码垛、简单搬运等。
- 四点法
四点法用户坐标系标定，即通过记录平行于坐标系的X轴的原点、X轴方向上的点、XY平面上的点和坐标系的原点来进行用户坐标系标定的方法。
在需要精确指定X轴方向的场景四点方法标定更为适用，如倾斜平面、曲面等非平整表面等。
注：如果X轴的原点和坐标系原点标定为同一点，则四点法和三点法是等效的。
- 直接输入法
直接输入法用户坐标系标定，就是直接输入相对于世界坐标系的用户坐标系原点的位置（x，y，z）值和绕着世界坐标系的X轴、Y轴、Z轴的旋转角度（w，p，r）值的标定方法。
如果事先已知用户坐标系的位置坐标数据，那么就可以使用直接输入法来进行用户坐标系的标定。
用户坐标系标定操作
1.在FANUC机器人示教器上按“MENU”键，在弹出的MENU菜单中依次选择“设置”→“坐标系”，按“ENTER”键，进入设置坐标系界面。
2.第1次进入设置坐标系界面，界面中显示的是工具坐标系。
按“F3 坐标”键，在弹出的坐标菜单中选择“用户坐标系”，按“ENTER”键，将设置坐标系界面切换为用户坐标系，并显示出用户坐标系一览，如下图所示。
3.将光标移动到要标定的用户坐标系编号所在的行，本案例选择编号为1的用户坐标系，按“F2 详细”键，进入1号用户坐标系的标定界面。
默认情况下，显示的是直接输入法标定界面，如下图所示。
4.按“F2 方法”键，在方法菜单中选择“三点法”，按“ENTER”键，切换为三点法标定界面，如下图所示。
5.将光标移动到要记录的参考点上，如坐标原点，然后手动运行机器人到对应的标定点位处，如下图所示。
6.按住“SHIFT”键的同时，按“F5 记录”键，将当前点位的坐标数据进行记录，并作为坐标原点的标定参考点数据。
此时，坐标原点后的状态由“未初始化”变为“已记录”，如下图所示。
7.继续手动运行机器人到剩余的两个参考点，参考点的位置如步骤5中的图片所示，并进行记录。
三个标定参考点全部记录完成后，参考点后的状态变为“已使用”，同时坐标系编号下显示出该用户坐标系的坐标数据，如下图所示。
对于已记录完成的参考点，将光标移动到其上，按住“SHIFT”键的同时，按“F4 移至”键，可以将机器人快速移动到当前参考点位处。
8.按“PREV”键，返回用户坐标系一览界面。可以看到编号为1的用户坐标系显示出标定的坐标数据，如下图所示。
这就表示该用户坐标系已经成功标定，可以在机器人操作或编程过程中使用了。
要重置已标定好的用户坐标系，可以按“F4 清除”键。
9.参考上述步骤标定用户坐标系2，每个参考点的位置如下图所示。
用户坐标系2标定完成后，其坐标数据如下图所示。
用户坐标系手动测试
FANUC机器人的用户坐标系标定完成之后，可以通过使用已标定好的用户坐标系来手动运行机器人，以测试用户坐标系是否能够达到理想状态。
默认情况下，系统使用的是机器人的0号用户坐标系，也就是世界坐标系。手动运行测试时，要切换为标定好的用户坐标系。
FANUC机器人用户坐标系的切换有2种方法，即坐标一览切换法和快捷切换法，以下分别介绍。
- 坐标一览切换法
坐标一览切换法就是在用户坐标系一览界面中进行用户坐标系的选择与切换。
在用户坐标系一览界面中按“F5 切换”键，输入要切换的坐标系号码（1~9），如1，然后按“ENTER”键，即可切换为选定的用户坐标系。
若要切换回0号用户坐标系，可以按“NEXT”键，然后按“F2 清除号码”键，用户坐标系的编号就被设定为0了。
- 快捷切换法
快捷切换法是通过手动菜单来选择并切换用户坐标系编号，该方法无需进入用户坐标系一览界面，在任意界面皆可操作。
按住“SHIFT”键的同时按下“COORD”键，界面上弹出手动菜单，如下图所示。
将光标移动到“User”上，然后输入要切换的坐标系号码（0~9），如1，也可以切换为选定的用户坐标系。
要想切换回0号用户坐标系，在手动菜单中直接输入0即可。
手动菜单显示的情况下，按住“SHIFT”键的同时再次按下“COORD”键，或只按“PREV”键，可以关闭手动菜单。
选定好用户坐标系编号之后，按“COORD”键将手动运行类型切换为用户。
将机器人移动到工件的任意一个角点上，然后直线运动机器人沿着X轴或Y轴方向运动。
可以发现，当选择用户坐标系1时，机器人的运动方向与绿色工件的边缘保持平行；当选择用户坐标系2时，机器人的运动方向与棕色工件的边缘保持平行，如下图所示。
用户坐标系在程序中的应用
FANUC机器人程序中运动指令的每一个位置变量都是以指定的用户坐标系为基准进行示教的，如下图所示，位置变量P[1]所记录的坐标数据是以0号用户坐标系为基准。
位置变量一旦使用指定的用户坐标系示教后，就无法在机器人程序中通过指令来自动修改用户坐标系，这给用户在程序中自动切换用户坐标系带来了极大的不便。
针对这个问题，我们可以使用位置寄存器来解决。位置寄存器中的坐标数据也是以用户坐标系为参考进行记录的，只是这个用户坐标系并不是固定的，而是当前所选定的用户坐标系，支持在程序中通过指令进行修改。
如下图所示，位置寄存器PR[1]的参考用户坐标系编号是F，并不是用户坐标系的阿拉伯数字编号。
用户坐标系选择指令介绍
FANUC机器人程序中，用于改变当前所选的用户坐标系编号的指令是用户坐标系选择指令，指令语句格式如下图所示。
用户坐标系选择指令是一条独立的机器人指令，指令的值可以通过数值寄存器、参数寄存器或直接设定用户坐标系编号来设定。
机器人示教编程
按照任务要求，示教FANUC机器人沿着绿色工件上表面边缘运动的路径程序。各个示教点的点位，如下图所示。
P[1]点为机器人的HOME点，使用0号用户坐标系示教。
PR[1]~PR[4]是工件上表面边缘的4个角点位置，使用1号用户坐标系示教。
机器人的运动指令程序示教完成后，在合适的位置插入用户坐标系选择指令。
插入用户坐标系选择指令时，可以先按“NEXT”键，然后按“F1 指令”键，在弹出的指令菜单中选择“偏移/坐标系”，按“ENTER”键。
在弹出的偏移/坐标系菜单中选择“UFRAME_NUM=…”，按“ENTER”键即可。
机器人完整的程序代码，如下图所示，本案例使用了FOR循环指令，并使用FOR循环指令的计数器来为用户坐标系选择指令赋值。
注：以关节形式示教的情况下，即使变更用户坐标系也不会对位置变量、位置寄存器产生影响，但是以直角形式示教的情况下，位置变量、位置寄存器都会受到用户坐标系的影响。
如果在程序示教后改变了用户坐标系，那么就必须重新设定程序的每一个示教点，以避免出现意想不到的意外。
仿真运行
FANUC机器人用户坐标系应用程序示教完成后，就可以仿真运行了。点击文章顶部视频查看仿真运行效果，可以看到，FANUC机器人成功实现了两个工件的加工。
仿真案例资源下载
解压后得到UserFramesExample文件，文件夹内为FANUC机器人用户坐标系标定与应用练习的虚拟仿真案例项目文件,仿真项目文件使用ROBOGUIDE V9 (Rev.ZP)版本软件创建，兼容ROBOGUIDE V9.4全部版本以及V9.4以上版本。
资源下载可能会发生付费，请酌情谨慎下载。
资源下载链接：点击下载仿真案例资源
以上内容所涉及到的相关知识，部分来源于《FANUC机器人操作说明书》，更多详细内容可在说明书内查阅。
The End
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