yamaha机器人画圆

核心原理

要让机器人画出一个完美的圆，最核心的原理是 使用圆弧运动指令。

机器人画圆通常不是通过计算无数个短直线段来逼近的（虽然这在某些情况下可行，但效率低且精度不高），Yamaha 的机器人控制器（如 YRC1000, YRC1000micro）提供了专门的圆弧插补指令，可以命令机器人工具中心点 以恒定的速度和加速度,沿着一个精确的圆形轨迹移动。

一个圆由以下要素定义：

1. 起点: 机器人开始画圆的位置。
2. 终点: 机器人结束画圆的位置。
3. 中间点: 这是定义圆弧的关键点，它不位于圆弧上，而是定义了圆弧的弯曲方向和大小，通过起点、终点和中间点,可以唯一确定一个圆。

圆弧方向：

• 顺时针: 从起点到终点,路径是顺时针方向的。
• 逆时针: 从起点到终点,路径是逆时针方向的。

准备工作

在编写程序之前,必须完成以下设置：

1. 工具坐标系:

   • 您必须先定义一个 工具坐标系，这个坐标系的原点通常定义在您要用来“画”的工具的尖端（比如画笔的笔尖）。
   • 这样，所有后续的位置指令（如 C 指令）都是相对于这个笔尖的,确保画出的图形位置准确。

2. 工件坐标系:

   • 定义一个 工件坐标系，并将其与您要画圆的平面（例如一张纸或一块金属板）对齐。
   • 这使得您可以方便地使用 U, V, W 轴来定义在平面内的位置，而 Z 轴控制画笔的抬起和放下。

3. I/O 信号控制画笔:

   • 需要一个数字输出信号来控制电磁铁或气阀,从而控制画笔的抬起和落下。
   • DO1 = ON 表示画笔落下，DO1 = OFF 表示画笔抬起。

编程步骤（以 Yamaha SCOL 语言为例）

假设：

• 我们已经定义了工具坐标系 tool1。
• 我们已经定义了工件坐标系 work1。
• 我们使用 DO1 来控制画笔。
• 圆的半径是 50mm。
• 圆心在工件坐标系的 (100, 100, 0) 位置。
• 我们希望从圆的最右侧点开始,逆时针画一个完整的圆。

步骤 1: 移动到圆的起点（准备位置）

机器人需要移动到圆的起点，但在此之前，需要先将画笔抬起，并移动到圆的上方（安全高度）。

// 程序开始
! 程序名: DRAW_CIRCLE
! 机器人型号: YAMAHA SCARA
! 使用工具: tool1, 工件坐标系: work1
// 1. 初始化和移动到起始点
J P[home] 100  // 快速移动到 home 点
DO[1]=OFF     // 抬起画笔
L P[approach] 50 // 移动到圆的上方起始点 (P[approach] = (100, 150, 50))

步骤 2: 定义圆弧路径并执行画圆

这是最关键的一步，我们使用 C (Circle) 指令。

• 起点: 圆的最右侧点 (150, 100, 0)。
• 终点: 因为是画一个完整的圆,所以终点和起点是同一个点。
• 中间点: 为了定义一个逆时针的半圆，中间点可以选在圆的正上方 (100, 150, 0)，这个点与圆心的连线垂直于起点与圆心的连线，并且位于期望的圆弧路径的“外侧”。

// 2. 画圆
// 语法: C <目标点> <中间点> <速度>
// 这里我们画一个整圆，所以目标点和起点是同一个点
// 注意：在执行圆弧运动前，必须确保机器人已经在起点位置
// 落下画笔
DO[1]=ON
// 使用圆弧插补指令画圆
// C P[起点] P[中间点] 速度
// 假设起点 P[start] = (150, 100, 0)
// 假设中间点 P[midpoint] = (100, 150, 0)
// 速度设为 50 mm/s
C P[150,100,0] P[100,150,0] 50
// 画完一个整圆后，机器人会回到起点 P[150,100,0]

代码解释：

• C: 圆弧运动指令。
• P[150,100,0]: 圆弧的 终点，因为我们要画一个完整的圆，所以终点和起点重合，机器人会从当前位置（即起点）开始，经过中间点,最终到达终点。
• P[100,150,0]: 圆弧的 中间点，这个点的位置决定了圆弧的弯曲方向和大小，通过选择这个点，我们定义了一个以 (100, 100, 0) 为圆心，半径为 50mm 的逆时针圆。
• 50: 运动速度，单位是 mm/s。

步骤 3: 结束动作

画完圆后，将画笔抬起,并移动到安全位置。

// 3. 结束动作
DO[1]=OFF     // 抬起画笔
L P[approach] 50 // 移动到安全高度
J P[home] 100  // 返回 home 点
END

完整示例代码

! 程序名: DRAW_CIRCLE
! 描述: 使用 Yamaha 机器人画一个半径为 50mm 的圆
! 工具坐标系: tool1
! 工件坐标系: work1
! 画笔控制: DO1 (ON=落下, OFF=抬起)
! 定义位置点 (您需要在示教器上示教或手动输入这些坐标)
! P[home] = (0, 0, 100) 机器人原点
! P[approach] = (100, 100, 50) 圆心正上方
! P[start] = (150, 100, 0) 圆的起点 (圆的最右侧)
! P[midpoint] = (100, 150, 0) 定义圆弧的中间点
! ---------- 程序主体 ----------
! 1. 移动到起始位置
J P[home] 100
DO[1]=OFF     ! 抬起画笔
L P[approach] 50
! 2. 移动到圆的起点 (画笔不接触工件)
L P[start] 30
! 3. 开始画圆
DO[1]=ON      ! 落下画笔
! 使用圆弧指令 C
! 从当前位置 (P[start]) 开始，经过 P[midpoint]，到达 P[start]，形成一个整圆
! 速度 50 mm/s
C P[start] P[midpoint] 50
! 4. 画完圆，收尾
DO[1]=OFF     ! 抬起画笔
L P[approach] 50
J P[home] 100
END

常见问题与技巧

1. 画不完整的圆或椭圆：

   • 原因： 机器人没有在精确的起点位置开始执行 C 指令。
   • 解决方法： 在执行 C 指令前，先用一个精确的定位指令（如 L 或 P）将机器人移动到起点。C 指令的起点就是机器人执行该指令前的位置。

2. 圆的尺寸不对：

   • 原因： 中间点 P[midpoint] 的位置计算错误。
   • 解决方法： 重新计算中间点，对于一个半径为 R 的圆，如果圆心是 (Cx, Cy)，起点是 (Cx+R, Cy)，那么一个用于定义上半圆的中间点可以是 (Cx, Cy+R)，下半圆的中间点则是 (Cx, Cy-R)。

3. 画圆速度不均匀：

   • 原因： 机器人的加减速设置或路径规划问题。
   • 解决方法： 调整 C 指令中的速度值,或在机器人控制器的参数中调整圆弧运动的平滑度设置。

4. 画多个同心圆：

   • 只需要修改起点和中间点的坐标，保持圆心不变，改变半径即可，画一个半径为 40mm 的圆，起点变为 (140, 100, 0)，中间点变为 (100, 140, 0)。

通过以上步骤和原理，您就可以成功地使用 Yamaha 机器人画出精确的圆形了。