【干货】关于运动轴的知识内容分析——工业机器人（下）

随着社会进步、科技发展，工业机器人的应用也越来越普遍。上一篇推文介绍了工业机器人运动轴的命名、坐标系的确定原则，本文就详细介绍一些工业机器人常用坐标系，以期对工业机器人的应用起到一定的参考。

1、基坐标系（ BaseCoordinate System），又称为机座坐标系，位于机器人基座。如图 1 所示，它是最便于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。基坐标系在机器人基座中有相应的零点，这使固定安装机器人的移动具有可预测性。在正常配置的机器人系统中，工人可通过控制杆进行该坐标系的移动。

图 1 坐标系示例

（2）世界坐标系（WorldCoordinate System），又称为大地坐标系或绝对坐标系。如果机器人安装在地面， 在基坐标系下示教编程很容易，但当机器人吊装时，机器人末端移动直观性差，因而示教编程较为困难。另外，如果两台或多台机器人共同协作时，例如，一台安装于地面，另一台倒置，倒置机器人的基坐标系也将上下颠倒（ 见图2）。当分别在两台机器人的基坐标系 A 、B 中进行运动控制时，很难预测相互协作运动的情况。

图 2 世界坐标系

此时，可以定义一个共同的世界坐标系 C 取而代之。若无特殊说明，单台机器人世界坐标系和基坐标系是重合的。

（3） 用户坐标系（UserCoordinate System），机器人可以和不同的工作台或夹具配合工作， 在每个工作台上建立一个用户坐标系。机器人大部分采用示教编程的方式，步骤繁琐，对于相同工件，若放置在不同工作台进行操作，不必重新编程，只需相应地变换到当前用户坐标系下。用户坐标系在基坐标系或者世界坐标系下建立。

（4）工件坐标系（ObjectCoordinate System）与工件相关，通常最适于对机器人进行编图 2 世界坐标系程。工件坐标系对应工件，它定义工件相对于大地坐标系（或其他坐标系）的位置。工件坐标系拥有特定附加属性，主要用于简化编程。他拥有两个框架：用户框架（与大地基座相关）和工件框架（与用户框架相关） 。机器人可以拥有若干工件坐标系， 表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干状态。对机器人进行编程就是在工件坐标系中创建目标和路径，重新定位工作站中的工件时，只需更改工件坐标系的位置，所有路径将随之更新。允许操作以外轴或传送导轨移动的工件，因为整个工件可连同其路径一起移动。

（5） 置换坐标系（Displacement CoordinateSystem）又称为位移坐标系，有时需要对同一工件、同一段轨迹在不同工位上加工，为了避免每次重新编程，可以定义一个置换坐标系。置换坐标系基于工件坐标系定义。如图 3 所示，当置换坐标系被激活后，程序中的所有点都将被置换。

图 3 置换坐标系

（6） 腕坐标系（WristCoordinate System）和工具坐标系都是用来定义工具方向的。在简单应用中，腕坐标系可以定义为工具坐标系，两者重合。腕坐标系的 Z 轴和机器人的第 6 根轴重合，如图 4 所示，坐标系原点位于末端法兰盘中心，X 轴方向与图 3 置换坐标系图 4 腕坐标系法兰盘上标识孔的方向相同或相反，Z 轴垂直向外，Y 轴符合右手法则。

图 4 腕坐标系

（7） 工具坐标系（ToolCoordinate System）安装在末端法兰盘上的工具需要在其中心点（TCP）定义一个工具坐标系，通过坐标系的转换，可以操作机器人在工具坐标系下运动，以方便操作。如果工具磨损或更换，只需重新定义工具坐标系，而不用更改程序。工具坐标系建立在腕坐标系下，即两者之间的相对位置和姿态是确定的。

（8） 关节坐标系（Join tCoordinate System）用来描述机器人每个独立关节的运动，关节类型可能不同（ 如移动关节、转动关节等）。若将机器人末端移动到期望位置，在关节坐标系下操作，可以依次驱动各关节运动，从而引导机器人末端到达指定的位置。

最后，希望本文对各位读者在工业机器人运动轴的命名、坐标系的确定原则上有所帮助。