ABB机器人负载标定具体如何操作？

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什么是负载标定？为什么必须做？

负载标定，就是精确测量并告诉机器人控制系统，其末端工具（包括工具本身、夹爪、工件等）的质量、重心位置以及转动惯量。

（图片来源网络，侵删）

为什么必须做？

保证运动精度：机器人控制器需要知道负载的质量和转动惯量，才能精确计算每个电机（关节）需要输出多大的扭矩和力矩，如果数据不准确，机器人在高速运动或加减速时，实际轨迹会与编程轨迹产生偏差，影响产品质量。
保障运行安全：这是最重要的原因，如果负载被低估，机器人可能在运动中因扭矩不足而无法克服负载的惯性，导致工具、工件甚至机器人本体失控，造成设备损坏或人员伤亡，如果负载被高估，机器人会变得异常“保守”，运动速度变慢，工作效率降低。
优化性能：准确的负载数据可以让机器人控制系统选择最优的运动参数（如速度、加速度），在保证安全的前提下，实现最高效的生产。
碰撞检测的前提：现代 ABB 机器人（如 IRC5 控制器及以后版本）的碰撞检测功能严重依赖于准确的负载数据，如果负载不准，碰撞检测阈值也会不准，可能导致在正常抓取工件时误报碰撞，或者在发生真实碰撞时无法及时停止。

负载标定的核心参数

负载标定需要确定以下三个核心物理参数：

质量：
- 定义：末端工具及所夹持工件的总重量。
- 单位：千克。
- 影响：直接影响每个关节所需的静态扭矩。
重心位置：
（图片来源网络，侵删）
- 定义：负载质量中心在机器人坐标系中的三维坐标，这个坐标系是以机器人第六轴（法兰）的中心为原点建立的。
- 单位：毫米。
- 表示方法：通常以 (X, Y, Z) 的形式表示。
- 影响：重心离机器人轴线越远，产生的力矩就越大，对关节的要求也越高，这是动态运动中最关键的参数之一。
转动惯量：
- 定义：物体绕特定轴旋转时，其惯性大小的量度，它代表了物体改变其旋转运动状态的难易程度。
- 单位：千克·平方米 (kg·m²)。
- 表示方法：一个 3x3 的对称矩阵，共有 6 个独立分量（Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Ixz, Iyz），在实际应用中，我们通常使用简化的表示方法，如 Ixx, Iyy, Izz，并假设 Ixy = Ixz = Iyz = 0（即负载的主惯性轴与机器人坐标系对齐）。
- 影响：转动惯量对机器人的动态性能（如加减速、启停）影响巨大，惯量越大，机器人运动时需要克服的阻力就越大，对电机的瞬时功率要求也越高。

如何进行 ABB 机器人负载标定？

负载标定主要通过 ABB RobotStudio 离线编程软件或示教器上的“Load Identification”（负载识别）功能来完成，强烈推荐使用 RobotStudio，因为它更安全、更精确。

使用 ABB RobotStudio 进行离线标定（推荐）

这是最常用、最安全的方法，尤其适用于新设备或负载发生较大变化的情况。

步骤：

（图片来源网络，侵删）

准备工作：
- 在 RobotStudio 中创建或打开一个机器人工作站。
- 在工作站中,精确地创建一个代表真实末端负载的 CAD 模型（夹爪、吸盘、焊枪等），模型的质量、尺寸和形状必须与实际情况完全一致。
安装负载模型：

将创建好的负载模型安装到机器人工作站中的机器人模型上。
进入负载识别向导：

在 RobotStudio 的“控制器”选项卡中，选择“负载识别”。
选择机器人：

向导会自动识别当前工作站中的机器人。
定义 TCP（工具中心点）：

如果是新工具,需要先定义 TCP，向导会引导你通过 4 点或 3 点法来精确测量 TCP 的位置。
运行标定程序：
- 这是核心步骤,向导会指导机器人执行一系列预设的、缓慢而平稳的运动。
- 安全第一：在开始之前，确保机器人工作区域内没有任何人员或障碍物，并设置好安全监控（如 Geoguard）。
- 启动程序,机器人会自动运动，其内部的力矩传感器会实时测量每个关节在不同姿态下所需的扭矩。
- 整个过程大约需要 5-10 分钟。
查看和保存结果：
- 程序运行结束后,RobotStudio 会自动计算出负载的质量、重心和转动惯量，并以清晰的图表和数据形式展示出来。
- 你可以查看计算出的数据是否合理（质量是否与理论值接近）。
- 确认无误后,将计算出的数据导出为 .dat 文件。
上传到机器人控制器：
- 通过 ABB 的文件管理器（如 FlexPendant 或 RobotStudio Studio），将导出的 .dat 文件上传到机器人控制器的 LOADDATA 文件夹中。
- 在示教器上,通过 控制器菜单 -> 配置 -> 对象 -> 载荷数据，创建新的载荷数据，并选择上传的文件。
- 在工具数据中,将你刚刚标定的载荷数据关联到对应的工具数据上。

使用示教器进行在线标定

当无法使用 RobotStudio，或者只是进行微调时，可以使用示教器上的手动标定功能。

步骤：

手动测量：
- 使用电子秤精确测量负载的质量。
- 使用简单的测量工具（如直尺、三点悬挂法）估算负载的重心位置，这个方法精度较低，容易出错。
进入手动标定界面：
- 在示教器上,进入 控制器菜单 -> 配置 -> 对象 -> 载荷数据。
- 选择一个载荷数据编号（如 load1），然后选择 编辑。
输入数据：
- 在界面中,手动输入你测量或估算出的质量、重心坐标和转动惯量。
- 注意：转动惯量通常很难手动准确估算，如果不知道，可以尝试使用 RobotStudio 的简化计算功能，或者暂时输入一个较小的保守值。
关联到工具：
- 完成输入后,保存载荷数据。
- 进入工具数据,将此载荷数据关联到你的工具上。

手动标定的缺点：

精度差：特别是重心和转动惯量，估算值与真实值可能有很大偏差。
不安全：无法像自动标定那样动态检测负载特性，存在潜在风险。
不全面：无法获取完整的转动惯量矩阵信息。

负载标定的最佳实践和注意事项

精度至上：负载模型的质量、尺寸必须与实物完全一致，1g 的质量误差或 1mm 的尺寸误差都可能导致计算结果的巨大偏差。
定期检查：当工具发生磨损、更换部件、或者所夹持的工件重量变化较大时，必须重新进行负载标定。
安全永远是第一位：在进行任何标定（尤其是在线自动标定）之前，务必确保机器人运动路径上无人员和障碍物，并做好急停准备。
区分工具负载和工件负载：
- 工具负载：夹爪、焊枪等不常更换的部分，这部分可以一次性标定好，作为工具数据的一部分。
- 工件负载：需要频繁更换的工件，可以为不同工件创建不同的载荷数据，在程序开始前通过 Set LoadData 指令动态切换。
善用碰撞检测：负载标定准确后，务必启用并合理设置碰撞检测功能，为机器人增加一道重要的安全防线。
寻求专业帮助：如果不确定如何操作，或者负载情况非常复杂（如非对称、大惯量），建议联系 ABB 的技术服务人员或经验丰富的集成商。

特性	RobotStudio 离线标定	示教器手动标定
精度	高，基于精确的 CAD 模型和动态测量	低，依赖手动估算，误差大
安全性	高，在虚拟环境中验证，风险低	低，机器人实际运动，存在风险
便捷性	需要软件和模型，准备工作多	简单快捷，无需额外工具
适用场景	新项目、新工具、负载复杂或变化大	微调、紧急情况、无法使用软件时