1.3.3　工業機器人常用坐標系

機器人系統常用的坐標系有如下幾種。

（1）基坐標系（Base coordinate system）

基坐標系，又稱為機座坐標系。位于機器人基座。如圖1-31與圖1-34所示，它是最便于機器人從一個位置移動到另一個位置的坐標系。基坐標系在機器人基座中有相應的零點，這使固定安裝的機器人的移動具有可預測性。因此它對于將機器人從一個位置移動到另一個位置很有幫助。在正常配置的機器人系統中，當人站在機器人的前方并在基坐標系中微動控制，將控制桿拉向自己一方時，機器人將沿X軸移動；向兩側移動控制桿時，機器人將沿Y軸移動。扭動控制桿時，機器人將沿Z軸移動。

（2）世界坐標系（World coordinate system）

世界坐標系又稱為大地坐標系或絕對坐標系。如果機器人安裝在地面，在基坐標系下示教編程很容易。然而，當機器人吊裝時，機器人末端移動直觀性差，因而示教編程較為困難。另外，如果兩臺或更多臺機器人共同協作完成一項任務時，例如，一臺安裝于地面，另一臺倒置，倒置機器人的基坐標系也將上下顛倒。如果分別在兩臺機器人的基坐標系中進行運動控制，則很難預測相互協作運動的情況。在此情況下，可以定義一個世界坐標系，選擇共同的世界坐標系取而代之。若無特殊說明，單臺機器人世界坐標系和基坐標系是重合的。如圖1-30與圖1-35所示，當在工作空間內同時有幾臺機器人時，使用公共的世界坐標系進行編程有利于機器人程序間的交互。

（3）用戶坐標系（User coordinate system）

機器人可以和不同的工作臺或夾具配合工作，在每個工作臺上建立一個用戶坐標系。機器人大部分采用示教編程的方式，步驟繁瑣，對于相同的工件，如果放置在不同的工作臺上，在一個工作臺上完成工件加工示教編程后，如果用戶的工作臺發生變化，不必重新編程，只需相應地變換到當前的用戶坐標系下。用戶坐標系是在基坐標系或者世界坐標系下建立的。如圖1-36所示，用兩個用戶坐標系來表示不同的工作平臺。

（4）工件坐標系（Object coordinate system）

工件坐標系與工件相關，通常是最適于對機器人進行編程的坐標系。

工件坐標系對應工件：它定義工件相對于大地坐標系（或其他坐標系）的位置，如圖1-37所示。

工件坐標系是擁有特定附加屬性的坐標系。它主要用于簡化編程，工件坐標系擁有兩個框架：用戶框架（與大地基座相關）和工件框架（與用戶框架相關）。機器人可以擁有若干工件坐標系，或者表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干副本。對機器人進行編程時，就是在工件坐標系中創建目標和路徑。這帶來很多優點：重新定位工作站中的工件時，只需更改工件坐標系的位置，所有路徑將即刻隨之更新。允許操作以外軸或傳送導軌移動的工件，因為整個工件可連同其路徑一起移動。

（5）置換坐標系（Displacement coordinate system）

置換坐標系又稱為位移坐標系，有時需要對同一個工件、同一段軌跡在不同的工位上加工，為了避免每次重新編程，可以定義一個置換坐標系。置換坐標系是基于工件坐標系定義的。如圖1-38所示，當置換坐標系被激活后，程序中的所有點都將被置換。

（6）腕坐標系（Wrist coordinate system）

腕坐標系和工具坐標系都是用來定義工具的方向的。在簡單的應用中，腕坐標系可以定義為工具坐標系，腕坐標系和工具坐標系重合。腕坐標系的Z軸和機器人的第6根軸重合，如圖1-39所示，坐標系的原點位于末端法蘭盤的中心，X軸的方向與法蘭盤上標識孔的方向相同或相反，Z軸垂直向外，Y軸符合右手法則。

（7）工具坐標系（Tool coordinate system）

安裝在末端法蘭盤上的工具需要在其中心點（TCP）定義一個工具坐標系，通過坐標系的轉換，可以操作機器人在工具坐標系下運動，以方便操作。如果工具磨損或更換，只需重新定義工具坐標系，而不用更改程序。工具坐標系建立在腕坐標系下，即兩者之間的相對位置和姿態是確定的。圖1-33與圖1-40表示不同工具的工具坐標系的定義。

（8）關節坐標系（Joint coordinate system）

關節坐標系用來描述機器人每個獨立關節的運動，如圖1-41所示。所有關節類型可能不同（如移動關節、轉動關節等）。假設將機器人末端移動到期望的位置，如果在關節坐標系下操作，可以依次驅動各關節運動，從而引導機器人末端到達指定的位置。