2.3 熟悉工具坐标系
工具坐标系是表示工具中心点（TCP）和工具姿势的直角坐标系。工具坐标系通常以TCP为原点，将工具方向取为Z轴。在未定义工具坐标系时，可由机械接口坐标系（默认TCP）代替该坐标系。存储在工具坐标系下的数据由工具中心点（TCP）的位置和工具的姿势构成。
• 工具中心点（TCP）的位置，通过相对机械接口坐标系的工具中心点的坐标值X、Y、Z定义。
• 工具的姿势，通过机械接口坐标系的X轴、Y轴、Z轴周围的回转角W、P、R定义。
设置工具坐标系的方法有三种：三点法、六点法和直接输入法。下面通过添加焊枪的实例来说明工具坐标系的设置方法。
2.3.1 设置工具坐标系
1. 实例：添加焊枪
添加焊枪的操作步骤如下。
1 打开ROBOGUIDE软件界面，右键单击“UT:1（Eoat1）”选项，在弹出的快捷菜单中选择“Add Link→CAD Library”，如图2-29所示。
图2-29
2 此时将弹出Image Librarian对话框，如图2-30所示。在单击“EOATS→weld_torches→BINZEL_ABIROB_350GC_30S_GasNozzle_Taper_phi13”选项后，单击OK按钮，如图2-31所示。
图2-30
图2-31
3 此时，焊枪即可创建完成，可通过手动方式修改工具坐标系：打开如图2-32所示的对话框，勾选Edit UTOOL复选框；移动工具坐标系，完成之后单击Use Current Triad Location（使用当前的位置）按钮；单击Apply（应用）按钮和OK按钮。
图2-32
2. 三点法
通过三点法设置工具坐标系的步骤如下。
1 创建工件模型Obstacles：Obstacles的添加操作与Fixture基本相同，即右键单击Obstacles选项，在弹出的快捷菜单中选择“Add Obstacle→CAD Library”，如图2-33所示。Obstacles与Fixture的区别是Obstacles不能让Parts附加在上面，其主要应用是添加一些不参与模拟，只用于演示现场位置的外围设备，如围栏、控制柜等。
图2-33
2 此时将弹出Image Librarian对话框，如图2-34所示。在左侧列表框中单击“Obstacles→Arc→TorchRecovery”，单击OK按钮。
图2-34
3 此时将弹出TorchRecovery对话框，如图2-35所示。在Scale选项组中的Scale X文本框、Scale Y文本框、Scale Z文本框中输入长、宽、高的值，单击OK按钮。
图2-35
4 打开FANUC示教器的操作面板，确认FANUC示教器的开关处于ON的位置。将坐标系调整到JOINT（关节坐标系），进行JOINT关节坐标系下的点动：同时单击FANUC示教器操作面板中的SHIFT键和
键，将J5轴向下移动45°角，防止在示教时J5轴与J6轴垂直，如图2-36所示。
图2-36
5 在FANUC示教器的操作面板中，单击MENU键，在弹出的MENU菜单中选择“设置→选择程序”，按Enter键进行确认，如图2-37所示。
图2-37
6 此时将弹出如图2-38所示的界面。单击“类型”按钮，在弹出的列表中选择“坐标系”，按Enter键进行确认。
7 此时将弹出如图2-39所示的界面。单击“坐标”按钮，在弹出的列表中选择“工具坐标系”，按Enter键进入工具坐标系的设置界面。
图2-38
图2-39
8 单击“详细”按钮（快捷键为F2键），进入工具坐标系的详细设置界面。
9 此时将弹出如图2-40所示的界面。单击“方法”按钮，在弹出的列表中选择“三点法”，按Enter键进行确认。
10 此时将弹出如图2-41所示的界面，可为工具输入注释（输入的内容一般为该工具的功能）。
图2-40
图2-41
11 令“接近点1”～“接近点3”以不同的姿势指向同一点。当接近点还没有被定义时，显示为“未初始化”；若被定义过，则显示为“已记录”。将光标移动到“接近点1”，把坐标系切换为世界坐标系（WORLD）。移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-42（a）所示。按SHIFT键和“记录”按钮，将此位置坐标记录到“接近点1”中，如图2-42（b）所示。
注意：可通过按下COORD键切换坐标系。坐标的切换顺序为JOINT（关节坐标系）→JGFRM（手动坐标系）→ WORLD（世界坐标系）→TOOL（工具坐标系）→USER（用户坐标系），接着又从JOINT（关节坐标系）开始切换。
图2-42
12 移动光标到“接近点2”，将坐标系切换为关节坐标系（JOINT），将J6轴（法兰面）至少旋转90°，不要超过360°。将坐标系切换为世界坐标系（WORLD），并移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-43（a）所示。按SHIFT键和“记录”按钮，将此坐标位置记录到“接近点2”中，如图2-43（b）所示。
图2-43
13 移动光标到“接近点3”，将坐标系切换为关节坐标系（JOINT），并旋转J4轴和J5轴（不要超过90°）。将坐标系切换为世界坐标系（WORLD），并移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-44（a）所示。按SHIFT和“记录”按钮，将此位置记录到“接近点3”中，如图2-44（b）所示。
图2-44
14 当三个接近点都被定义后，新的工具坐标系将被系统自动计算并生成，如图2-45所示。
图2-45
注意：在图2-45中，X、Y、Z的值表示当前的TCP相对于J6轴法兰盘中心的偏移量；W、P、R的值为0，说明三点法只平移了整个工具坐标系，并不改变其方向。
3. 六点法
通过六点法设置工具坐标系的步骤如下。
1 在FANUC示教器的操作面板中，单击MENU键，在弹出的MENU菜单中选择“设置→选择程序”，按Enter键进行确认，如图2-46所示。
图2-46
2 此时将弹出如图2-47所示的界面。单击“类型”按钮，在弹出的列表中选择“坐标系”，按Enter键进行确认。
图2-47
3 此时将弹出如图2-48所示的界面。单击“坐标”按钮，在弹出的列表中选择“工具坐标系”，按Enter键进入工具坐标系的设置界面。
图2-48
4 单击“详细”按钮（快捷键为F2键），进入工具坐标系的详细设置界面。
5 单击“方法”按钮，在弹出的列表中选择“六点法（XZ）”，按Enter键进行确认，如图2-49所示。
图2-49
6 可为工具输入注释（输入的内容一般为该工具的功能）。
7 令“接近点1”～“接近点3”以不同的姿势指向同一点。当接近点还没有被定义时，显示为“未初始化”；若被定义过，则显示为“已记录”。将光标移动到“接近点1”，把坐标系切换为世界坐标系（WORLD）。移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-50（a）所示。同时按SHIFT键和“记录”按钮，将此位置坐标记录到“接近点1”中，如图2-50（b）所示。
8 移动光标到“接近点2”，沿着世界坐标系（WORLD）的Z轴方向抬高大约50mm（为了避免在调整姿态时发生碰撞）。将坐标系切换为关节坐标系（JOINT），将J6轴（法兰面）至少旋转90°，不要超过180°。将坐标系切换为世界坐标系（WORLD），并移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-51（a）所示。同时按SHIFT键和“记录”按钮，将此坐标位置记录到“接近点2”中，如图2-51（b）所示。
图2-50
图2-51
9 移动光标到“接近点3”，沿着世界坐标系（WORLD）的Z轴大约抬高50mm（为了避免在调整姿态时发生碰撞）。将坐标系切换为关节坐标系（JOINT），并旋转J4轴和J5轴（不要超过90°）。将坐标系切换为世界坐标系（WORLD），并移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-52（a）所示。同时按SHIFT和“记录”按钮，将此位置记录到“接近点3”中，如图2-52（b）所示。
图2-52
10 将光标移至“接近点1”，同时单击使能键、SHIFT键和“移至”按钮，使工业机器人回到“接近点1”；移动光标至坐标原点（Origin Point），移动工业机器人，使工具尖端接触到基准点，如图2-53（a）所示。同时按SHIFT键和“记录”按钮，将此位置记录到坐标原点中，如图2-53（b）所示。
图2-53
11 将光标移至X方向点（X Direction Point），将坐标系切换为世界坐标系（WORLD）。移动工业机器人，使工具沿着需要设置的X方向至少移动250mm，如图2-54（a）所示。同时按SHIFT键和“记录”按钮，将此位置记录到X方向点中，如图2-54（b）所示。
图2-54
12 将光标移至坐标原点（Origin Point），同时单击使能键、SHIFT键和“移至”按钮，使机器人回到坐标原点，如图2-55所示。将光标移至Z方向点（Z Direction Point），并将坐标系切换为世界坐标系（WORLD）。移动工业机器人，使工具沿着需要设置的Z方向至少移动250mm。同时按SHIFT键和“记录”按钮，将此位置记录到Z方向点中，如图2-56所示。
图2-55
图2-56
注意：在图2-56中，X、Y、Z的值表示当前设置的TCP相对于默认法兰盘（J6轴圆盘中心点）中心的偏移量；W、P、R的值表示当前设置的工具坐标系与默认工具坐标系的旋转量。工具坐标系与世界坐标系的对比如图2-57所示。
13 当6个点的位置都被记录后，新的工具坐标系将被系统自动计算并生成。
14 单击FANUC示教器操作面板中的PREV键，返回到工具坐标系的设置界面，如图2-58所示。
图2-57
图2-58
4. 直接输入法
直接输入法是指直接在机器人所需设置的工具坐标系中输入TCP相对默认工具坐标系原点的X、Y、Z的值，以及需要更改的工具坐标系相对默认工具坐标系方向的回转角W、P、R的值。
应用直接输入法的操作步骤如下。
1 在FANUC示教器的操作面板中，单击MENU键，在弹出的MENU菜单中选择“设置→选择程序”，按Enter键进行确认，如图2-59所示。
图2-59
2 此时将弹出如图2-60所示的界面。单击“类型”按钮，在弹出的列表中选择“坐标系”，按Enter键进行确认。
3 此时将弹出如图2-61所示的界面。单击“坐标”按钮，在弹出的列表中选择“工具坐标系”，按Enter键进入工具坐标系的设置界面。
图2-60
图2-61
4 单击“详细”按钮（快捷键为F2键），进入工具坐标系的详细设置界面。
5 单击“方法”按钮，在弹出的列表中选择“直接输入法”，按Enter键进行确认，如图2-62所示。
图2-62
6 可为工具输入注释（输入的内容一般为该工具的功能）。
7 将光标移至需要修改的选项，单击Enter键，输入对应的偏移值即可，如图2-63所示。输入完成后，再次单击Enter键，进行写入的确认操作。其他的偏移值输入方法与此步骤相同，这里不再赘述。
图2-63
2.3.2 激活工具坐标系
激活新创建的工具坐标系的方法如下。
• 方法一：在FANUC示教器的操作面板中，按PREV（前一页）键返回如图2-64所示界面；单击“切换”按钮，将出现“输入坐标系编号”（Enter Frame Number）的字样。输入需要激活的工具坐标系编号，单击Enter键进行确认，即可激活该坐标，如图2-65所示。
• 方法二：在任何一个界面中，同时按FANUC示教器操作面板中的SHIFT键和COORD键，即可在屏幕右上角弹出如图2-66所示的菜单。将光标移到“Tool（.=10）”选项，输入需要激活的工具坐标系编号即可。
图2-64
图2-65
图2-66
2.3.3 检验工具坐标系
工具坐标系的检验步骤如下：
1 检验X、Y、Z方向：将坐标系切换到工具坐标系（TOOL），如图2-67所示。同时按SHIFT键和任意运动键，令机器人分别沿着X、Y、Z的方向移动，以便检查工具坐标系的方向是否满足要求。
图2-67
2 检验TCP的位置是否满足要求：将坐标系切换到世界坐标系（WORLD），如图2-68所示。同时按SHIFT键和任意运动键，令机器人绕X、Y、Z轴旋转，以便检查TCP的位置是否满足要求。
图2-68
如果在以上检验的过程中发现有偏差，不符合要求，则需要重新定义坐标系。