工业机器人运动轴与坐标系
机器人的运动轴和坐标系
机器人的运动轴和坐标系概述机器人的运动轴和坐标系是机器人系统中的重要概念。
机器人通过运动轴控制自身的运动，并通过坐标系来描述和规划任务中的各个位置和方向。
本文将介绍机器人系统中常见的运动轴类型和常用的坐标系。
运动轴关节运动轴关节运动轴是机器人系统中最常见的一种运动轴类型。
它是由关节驱动器控制的旋转或者转动运动。
关节运动轴通常用于工业机器人中，例如6轴工业机器人。
旋转关节运动轴旋转关节运动轴使机器人的动作类似于人的手臂，可以在各个关节上进行旋转运动。
这种类型的运动轴广泛应用于工业生产线，如焊接、装配等。
平移关节运动轴平移关节运动轴使机器人可以沿着某个轴线上下平移运动。
这种类型的运动轴一般用于需要上下移动的操作，如搬运和装卸。
直线运动轴直线运动轴使机器人能够沿直线轨迹进行移动。
它通常由线性导轨和电机驱动器组成，使机器人的运动更加精准和灵活。
直线运动轴广泛应用于需要精密定位的任务，如数控加工、激光切割等。
柔性运动轴柔性运动轴是指可以进行柔性调整形状的运动轴。
它通过使用弹性元件或软管来实现灵活的形变。
柔性运动轴常用于需要进行复杂路径和形状移动任务的场合，例如机器人手指和灵巧手的设计。
坐标系机器人基座坐标系机器人基座坐标系是机器人系统中最常见的坐标系之一。
它通常以机器人的基座为原点建立，用来描述机器人的位置和方向。
机器人的所有其他坐标系都是相对于基座坐标系来定义的。
世界坐标系世界坐标系是机器人系统中使用的全局坐标系。
它通常以工作场地的某个固定点为原点建立，用于描述机器人在工作场地中的位置和方向。
世界坐标系可以作为参考坐标系，用于描述机器人在工作场地中的绝对位置。
工具坐标系工具坐标系是机器人系统中的一种相对坐标系，通常用于描述机器人末端执行器（例如夹具、工具）的位置和方向。
工具坐标系通常通过标定和测量得到，可以根据具体任务的需求进行调整和校准。
关节坐标系关节坐标系是机器人系统中用于描述机器人各个关节的位置和方向的坐标系。
工业机器人建立工具坐标系的方法
工业机器人建立工具坐标系的方法工业机器人是现代制造业中不可或缺的重要工具。
在进行各种任务时，机器人需要准确的定位和控制。
而建立正确的工具坐标系是实现精准操作的关键。
工具坐标系是机器人操作中的一个重要概念，它定义了机器人工作末端的位置和方向信息。
通过准确地建立工具坐标系，机器人可以根据指令执行各种动作，如拾取、放置、切割等。
下面将介绍一种常见的方法来建立工具坐标系。
1. 坐标系概念在介绍方法之前，首先需要了解一些基本的坐标系概念。
- 基坐标系：工业机器人通常都有一个基坐标系，它是机器人运动轴的原点。
基坐标系可以通过机器人的控制系统进行设置和调整，是机器人运动的参考系。
- 末端执行器坐标系：末端执行器是机器人手臂末端的装置，它可以是夹爪、工具或传感器等。
末端执行器坐标系是相对于基坐标系的一个局部坐标系，用来描述末端执行器的位置和方向。
2. 方法步骤建立工具坐标系的方法通常包括以下几个步骤：- 步骤一：确定基坐标系。
首先需要确定机器人的基坐标系。
通常情况下，机器人的基坐标系位于机器人臂部的旋转关节中心，可以通过机器人控制系统进行设置。
- 步骤二：固定末端执行器。
在建立工具坐标系之前，需要将末端执行器固定在机器人手臂末端。
可以使用螺纹接口、夹具等方式来进行固定。
- 步骤三：运动到参考点。
通过机器人控制系统，使机器人运动到一个已知的参考点。
这个参考点应位于被固定的末端执行器的特定位置。
- 步骤四：记录当前位置。
当机器人到达参考点时，将当前位置信息记录下来。
可以通过机器人控制系统提供的工具进行测量，也可以使用外部测量工具来获取准确的位置坐标。
- 步骤五：旋转到参考方向。
在保持位置不变的情况下，使机器人绕某个轴线旋转，从而调整末端执行器的朝向。
可以通过机器人的控制系统来控制旋转。
- 步骤六：记录当前方向。
当机器人旋转到参考方向时，记录下当前方向信息。
可以使用角度测量工具来获取准确的方向信息。
- 步骤七：计算工具坐标系。
4.3工业机器人的轴与坐标系
工业机器人的基坐标系
基坐标系在机器人基座中有相应的零点。 优点：使固定安装的机器人的移动具有 可预测性!
机器人的基坐标系
工业机器人的基坐标系
在默认情况下，世界坐标系 与基坐标系是一致的！
A：机器人1的基坐标系 B：世界坐标系 C：机器人2的基坐标系
世界坐标系与基坐标系
工业机器人的工件坐标系
A：世界坐标系 B：工件坐标系1 C：工件坐标系2
基坐标系、工件坐标系和用户坐标系。
工业机器人的轴与坐标系
主要内容
• 掌握关节机器人轴的概念和重要性。 • 掌握机器人系统相关的坐标系以及它们的关系。
工业机器人的轴
U-3
L-2
R-4 B-5 T-6
S-1
工业机器人的轴参数
笛卡尔坐标系
在二维笛卡尔坐标系的基础上根据右 手定则增加第三维坐标（即Z轴）形 成三维笛卡尔坐标系，是直角坐标系 和斜角坐标系的统称。
利用右手定则定义直角坐标系
工业机器人相关坐标系
机器人系统有哪些坐标系？
世界坐标系：世界坐标系是系统的绝对坐标系，在没有建立用户坐标系之前，机：工具坐标系是一个直角坐标系, 原点位于工具上。 基坐标系：基坐标系位于机器人基座。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。 工件坐标系：工件坐标系与工件相关，通常是最适于对机器人进行编程的坐标系。 用户坐标系：用户坐标系在表示持有其他坐标系的设备（如工件）时非常有用。
义工具坐标系，该坐标系被称为 tool0，即为法兰坐标系。 • 所有定义的其他一个或多个新工具 坐标系定义均为为tool0的偏移值
工具坐标系
工业机器人的用户坐标系
A
用户坐标系
B
世界坐标系
工业机器人的运行知识点：根据坐标系分类
一、直角坐标型工业机器人
它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直 接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，可 实现自动控制，可重复编程，所有的运动均按程序运 行。定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所 占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工 业机器人协调工作。
一、直角坐标型工业机器人
五、平面关节型工业机器人
如今SCARA工业机器人广泛应用于塑料工业、汽车工 业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主 要职能是拾取零件和装配。它的第一个轴和第二个轴具有 转动特性，第三个轴和第四个轴可以根据不同的工作需要 ，制造成相应的多种不同形态，并且一个具有转动、另一 个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了 其工作范围类似于一个扇形区域。
学习目标
1、掌握直角坐标型工业机器人的结构、特点及应用 2、掌握圆柱坐标型工业机器人的结构、特点及应用 3、掌握球坐标型工业机器人的结构、特点 4、掌握多关节型工业机器人的结构、特点 5、掌握平面关节型工业机器人的结构、特点及应用
一、直角坐标型工业机器人
直角坐标工 业机器人一般 做2~3个自由 度运动，运动 部分由三个相 互垂直的直线 移动（即PPP ）组成，工作 空间图形为长 方形。
SCARA工业机器人精度高，动作范围较大，坐标计算简单 ，结构轻便，响应速度快，但负载较小。SCARA系统在X、Y 轴方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特 别适合装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，SCARA系 统首先大量用于装配印制电路板和电子零部件； SCARA的另 一个特点是其中串接的两杆结构类似人的手臂，可以伸进有限 空间中作业然后收回。适合搬动和取放物件，如集成电路板等
三、球坐标型工业机器人
简述工业机器人的坐标系类型
简述工业机器人的坐标系类型工业机器人是一种可以替代人工完成一系列重复性、高难度、高危险度的工作的机器人。
工业机器人的坐标系是机器人控制的基础，而坐标系的类型又决定了机器人的运动方式和精度。
因此，本文将简述工业机器人的坐标系类型。
一、笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系是工业机器人应用最广泛的坐标系类型之一，它是一种三维坐标系，其中每个点都可以用三个数字（x，y，z）来表示，分别代表点在X轴、Y轴和Z轴上的坐标。
笛卡尔坐标系的特点是可以精确地控制机器人的位置和方向，适用于需要精确定位和定向的工作任务，如点焊、喷涂、切割等。
二、极坐标系极坐标系是一种基于极坐标的坐标系，它由极轴和极角两个参数组成。
其中，极轴代表点到原点的距离，极角代表点与极轴正方向的夹角。
极坐标系适用于需要进行圆弧运动的工作任务，如搬运、装配等。
三、关节坐标系关节坐标系是一种基于机器人关节的坐标系，它由每个关节的角度组成。
机器人的每个关节都有一个角度值，通过控制关节的转动角度，可以实现工具的位置和方向的控制。
关节坐标系适用于需要进行灵活、多变的工作任务，如装配、搬运等。
四、工具坐标系工具坐标系是一种基于机器人末端工具的坐标系，它由末端工具的位置和方向组成。
通过控制末端工具的位置和方向，可以实现机器人的控制。
工具坐标系适用于需要进行精细、复杂的工作任务，如零件加工、组装等。
五、基座坐标系基座坐标系是一种基于机器人底座的坐标系，它由底座的位置和方向组成。
通过控制底座的位置和方向，可以实现机器人的控制。
基座坐标系适用于需要进行大范围、高精度的工作任务，如搬运、装配等。
综上所述，工业机器人的坐标系类型有很多种，每种坐标系都有其适用范围和优缺点。
在实际应用中，需要根据工作任务的性质和要求选择适合的坐标系，以达到最佳的工作效果和控制精度。
工业机器人运动轴与坐标系的确定
工业机器人运动轴与坐标系的确定1. 引言工业机器人是一种用于自动化生产的设备，它能够执行各种任务，如搬运、组装、焊接等。
在工业机器人的运动控制中，运动轴和坐标系的确定是非常重要的一步。
本文将详细介绍工业机器人运动轴和坐标系的概念、确定方法以及其在工业机器人控制中的应用。
2. 工业机器人运动轴工业机器人通常由多个运动轴组成，每个运动轴都可以实现某种特定的转动或平移运动。
常见的工业机器人通常包括6个自由度，即6个独立控制的运动轴。
2.1 旋转轴旋转轴允许工业机器人在一个平面内进行旋转运动。
常见的旋转轴有A、B、C三个，分别对应于绕X、Y、Z三个坐标轴旋转。
2.2 平移轴平移轴允许工业机器人在一个平面内进行平移运动。
常见的平移轴有X、Y、Z三个，分别对应于沿X、Y、Z三个坐标轴的平移。
3. 工业机器人坐标系工业机器人坐标系是用来描述工业机器人运动状态和位置的数学模型。
在工业机器人控制中，通常使用基座标系和工具座标系来描述机器人的位置和姿态。
3.1 基座标系基座标系是工业机器人运动轴的参考坐标系，通常由机器人控制系统定义。
基座标系通常与固定参考物体或地面相连，用于确定机器人起始位置以及运动轴的相对关系。
3.2 工具座标系工具座标系是用来描述工业机器人末端执行器（如夹爪、焊枪等）的位置和姿态。
它是一个相对于基座标系移动的坐标系，通常由用户定义并通过传感器测量得到。
4. 工业机器人运动轴与坐标系的确定方法在实际应用中，确定工业机器人运动轴和坐标系通常需要进行以下步骤：4.1 坐标系统校准首先需要进行坐标系统校准，确保基座标系与实际场景中固定参考物体或地面对齐。
这可以通过使用测量工具和传感器进行测量和校准来实现。
4.2 运动轴的定义根据机器人的结构和运动方式，确定每个运动轴的定义。
通常需要考虑机器人的自由度、旋转方向以及坐标系间的转换关系。
4.3 坐标系转换在确定了运动轴的定义后，需要建立运动轴与坐标系之间的转换关系。
2.3.1 工业机器人的坐标系
O
Y
X
二、基坐标系：
基坐标系是机器人其它坐标系的参照基础，是 机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，它的 原点位置没有硬性的规定，一般定义在机器人安装 面与第一转动轴的交点处。
右手定则： X轴：机器人机械零点
时，由基座指向机械手抓 TCP的水平方向。
Z轴：机器人机械零点 时，由基座指向机械手抓 TCP的垂直方向。
需要注意的是，以上讲解是一般机器人坐 标的定义，但不同品牌的不同的机器人型号， 可能采用不同的坐标定义，在使用机器人前， 一定要熟悉机器人坐标的正方向。
我们看一下ABB机器人的坐标截图：
很显然，在ABB机器人中没有关节坐标，却 多出一个大地坐标，这又是为什么呢？
那是因为我们使用的是外国的机器人，机 器人的定义在世界都没有完全的分界线，何况 一个坐标，肯定也会出现命名的不同，而且翻 译也不见得准确。
我们看一下英文版的：
我们看英文单词，可能还会翻译成世界坐 标。同样，还有把基坐标称为机械坐标的。
我们简单的看看这几个坐标： Nhomakorabea节坐标 基坐标 工具坐标 工件坐标 大地坐标 机械坐标 世界坐标
捏柿子
1、判断图中各轴的正 方向：
J1: J2: J3: J4: J5: J6:
捏柿子
2、说出下列坐标的名称
2、横向关节：ABB的， 末端执行器落下即为关节坐 标正方向。
四、工件坐标系：
工件坐标系是用户 自定义的坐标系，用户 坐标系也可以定义为工 件坐标系，可根据需要 定义多个工件坐标系， 当配备多个工作台时， 选择工件坐标系操作更 为简单。
五、工具坐标系：
工具坐标系是原点安装 在机器人末端的工具中心点 （TCP：Tool Center Point） 处的坐标系，原点及方向都 是随着末端位置与角度不断 变化的，该坐标系实际是将 基坐标系通过旋转及位移变 化而来的。工具坐标系也是 用户自定义的坐标系。
工业机器人运动轴与坐标系的确定
工业机器人运动轴与坐标系的确定工业机器人是现代制造业中不可或缺的重要设备，它能够代替人类完成繁重、危险或重复性的工作。
而机器人的运动轴和坐标系的确定则是机器人能够精确运动的基础。
本文将介绍工业机器人运动轴和坐标系的概念、确定方法以及在实际应用中的重要性。
一、工业机器人的运动轴工业机器人通常具有多个运动轴，每个轴都可以实现不同的运动方式。
常见的机器人运动轴包括：基座轴（J1）、肩轴（J2）、肘轴（J3）、腕轴1（J4）、腕轴2（J5）和腕轴3（J6）。
这些轴可以分别控制机器人在水平、垂直和旋转方向上的运动。
确定机器人的运动轴需要考虑到工作环境、工作任务以及机器人结构等因素。
机器人的运动轴数量和结构可以根据实际需要进行设计和配置。
例如，一些需要进行复杂操作的机器人可能会配置6个以上的运动轴，而一些简单的机器人可能只需要3个或4个运动轴。
二、工业机器人的坐标系工业机器人的坐标系是用来描述机器人位置和姿态的数学模型。
通常使用笛卡尔坐标系来描述机器人的位置和姿态。
笛卡尔坐标系是三维空间中的一种坐标系，通过三个坐标轴（X、Y和Z轴）来确定一个点的位置。
确定机器人的坐标系需要考虑到机器人的起点、方向和姿态。
起点通常是机器人的基座，可以用一个固定的坐标点表示。
方向通常是机器人的朝向，可以用一个向量表示。
姿态通常是机器人的朝向和角度，可以用欧拉角或四元数表示。
三、工业机器人运动轴和坐标系的确定方法确定工业机器人的运动轴和坐标系是一个复杂的过程，需要考虑到多个因素。
以下是一些常用的确定方法：1. 机器人标定：通过对机器人进行标定，可以确定机器人的运动轴和坐标系。
标定过程通常包括观测和记录机器人的位置和姿态，并使用数学模型进行计算和优化。
2. 运动学分析：通过对机器人的结构和运动学进行分析，可以确定机器人的运动轴和坐标系。
运动学分析通常包括机器人的几何结构、关节运动范围和运动学方程等。
3. 参考物体：通过设置参考物体来确定机器人的运动轴和坐标系。
工业机器人的运动控制-工业中专教学设计
工业机器人的运动控制【知识目标】1.掌握机器人运动轴和坐标系。
2.掌握手动操纵机器人的流程和方法。
【技能目标】能够使用示教器熟练操作工业机器人实现单轴运动、线性运动。
【教学过程】一、工业机器人运动轴与坐标系1.机器人运动轴的名称机器人轴是指机器人操作机的轴，目前典型商用工业机器人大多采用六轴关节型。
KUKA机器人6轴分别定义为A1、A2、A3、A4、A5和A6；而ABB 机器人则定义为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5和轴6。
A1、A2和A3三轴(轴1、轴2和轴3)称为基本轴或主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置；A4、A5和A6三轴(轴4、轴5和轴6)称为腕部轴或次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态。
2.机器人坐标系的种类在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、大地（基）坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。
A.关节坐标系在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。
对于大范围运动，且不要求TCP姿态的，可选择关节坐标系。
B.直角坐标系直角坐标系(世界坐标系、大地坐标系)是机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，所有其他的坐标系均与大地坐标系直接或间接相关。
基坐标系的原点定义在机器人安装面与第一转轴的交点处，X 轴向前，Z 轴向上，Y 轴按右手法则确定。
无论机器人处于什么位置，TCP均可沿基坐标系的X、Y和Z轴平行移动。
法兰坐标系是原点为机器人法兰中心的坐标系，是工具坐标系的参考点。
C.工具坐标系工具坐标系是一个可自由定义，用户定制的坐标系。
工具坐标系的原点定义在TCP点，并且假定工具的有效方向为Z轴(有些机器人厂商将工具的有效方向定义为X轴)，而Y轴、Z轴由右手法则确定，如图1-2-24所示。
工具坐标的方向随腕部的移动而发生变化，与机器人的位姿无关。
因此，在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时，选用该坐标系最为适宜。
D.用户坐标系用户坐标系为作业示教方便，由用户自行定义的坐标系，它定义工件相对于大地坐标系的位置，如工作台坐标系和工件坐标系，如图所示。
工业机器人的五个坐标系
工业机器人的五个坐标系在工业机器人领域，坐标系是用来描述机器人末端执行器（或工具）在空间中的位置和姿态的框架。
为了确保机器人的准确性和一致性，通常会使用一系列标准的坐标系。
以下是工业机器人领域中最常用的五个坐标系：1、笛卡尔坐标系：在三维空间中，笛卡尔坐标系使用三个相互垂直的坐标轴（X、Y、Z），以及三个相互垂直的旋转轴（Rx、Ry、Rz）。
这种坐标系常用于描述机器人在空间中的位置和姿态，以及机器人末端执行器的位置和姿态。
2、极坐标系：极坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和高度（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于路径规划、路径插补和机器人运动学分析。
3、圆柱坐标系：圆柱坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和垂直距离（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于描述机器人在圆柱体或球体等形状上的路径和姿态。
4、球坐标系：球坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和极角（φ）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于描述机器人在球体或类似形状上的路径和姿态。
5、工具坐标系：工具坐标系是一种以机器人末端执行器（或工具）为中心的坐标系，它使用工具的几何中心作为原点，并使用三个旋转轴（Rx、Ry、Rz）来描述工具的空间姿态。
这种坐标系常用于机器人运动学建模、路径规划和机器人控制等方面。
这些坐标系在工业机器人领域中具有广泛的应用，它们为机器人控制、路径规划和运动学建模提供了方便的框架。
根据实际应用场景的不同，选择合适的坐标系可以有效地提高机器人的精度和效率。
ABB工业机器人操作和坐标系一、引言在现代化的制造和自动化流程中，工业机器人扮演着关键的角色。
它们被广泛应用于各种复杂任务，从装配到质量检测，从搬运到喷漆，无所不能。
ABB集团作为全球领先的机器人技术提供商，其产品广泛应用于全球的各个行业。
第5章--手动操纵工业机器人
5.4 手动移动工业机器人
一、机器人系统的启动和关闭
1.机器人系统的启动 在确认机器人工作范围内无人后，合上机器人控制柜上的电源主开关，系统自动检查 硬件。检查完成后若没有发现故障，启动系统。正常启动后，机器人系统通常保持最 后一次关闭电源时的状态，且程序指引位置保持不变，全部数字输出都保持断电以前 的值或者置为系统参数指定的值，原有程序可以立即执行。
H 切换增量（增益）控制模式，开启或者关闭机器人增量运动。
J
后退按键，使程序逆向运动，程序运行到上一条指令。
K
启动按键，机器人正向连续运行整个程序。
L 前进按键，使程序正向单步运行程序，按一次，执行一条指令。
M
暂停按钮，机器人暂停运行程序。
5.2 认识和使用示教器
二、工业机器人的坐标系 2. ABB机器人示教器的手持方式
5.3 工业机器人安全操作规程
三、安全守则
81.在万手一动发模生火式灾下，调请试使机用器二人氧，化如碳果灭不火需器要。移动机器人时，必须及时释放使能器(Enable D2.e急vi停ce开)。关(E-Stop)不允许被短接。 93.在得任到何停情电况通下知，时不，要要使预用先机关器断人机原器始人启的动主盘电，源用及复气制源盘。 140.机.突器然人停停电机后时，，要夹赶具在上来不电应之置前物预，先必关须闭空机器。人的主电源开关，并及时取下夹具上 的5.机工器件人。在发生意外或运行不正常等情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。 161.因.维为修机人器员人必在须自保动管状好态机下器，人即钥使匙运，行严速禁度非非授常权低人，员其在动手量动仍模很式大下，进所入以机在器进人行软编件程 系、统测，试随及意维翻修阅等或工修作改时程，序必及须参将数机。器人置于手动模式。 172.气.严路格系执统行中生的产压现力场可6S达管0.理6M规P定，和任安何全相制关度检。修都要切断气源。 13.严格按照机器人的标准化操作流程进行操作，严禁违规操作。
工业机器人的工具坐标系、工件坐标系、世界坐标系标定
⼯业机器⼈的⼯具坐标系、⼯件坐标系、世界坐标系标定第3章机器⼈的坐标系及标定机器⼈的坐标系是机器⼈操作和编程的基础。
⽆论是操作机器⼈运动，还是对机器⼈进⾏编程，都需要⾸先选定合适的坐标系。
机器⼈的坐标系分为关节坐标系、机器⼈坐标系、⼯具坐标系、世界坐标系和⼯件坐标系。
通过本章的内容，掌握这⼏种坐标系的含义其标定⽅法。
3.1 实验设备六⾃由度机器⼈3.2 机器⼈的坐标系对机器⼈进⾏轴操作时，可以使⽤以下⼏种坐标系：（1）关节坐标系—ACS（Axis Coordinate System）关节坐标系是以各轴机械零点为原点所建⽴的纯旋转的坐标系。
机器⼈的各个关节可以独⽴的旋转，也可以⼀起联动。
（2）机器⼈（运动学）坐标系—KCS（Kinematic Coordinate System）机器⼈（运动学）坐标系是⽤来对机器⼈进⾏正逆运动学建模的坐标系，它是机器⼈的基础笛卡尔坐标系，也可以称为机器⼈基础坐标系或运动学坐标系，机器⼈⼯具末端（TCP）在该坐标系下可以进⾏沿坐标系X轴、Y轴、Z轴的移动运动，以及绕坐标系轴X轴、Y轴、Z轴的旋转运动。
（3）⼯具坐标系—TCS（Tool Coordinate System）将机器⼈腕部法兰盘所持⼯具的有效⽅向作为⼯具坐标系Z轴，并把⼯具坐标系的原点定义在⼯具的尖端点（或中⼼点）TCP（TOOL CENTER POINT）。
但当机器⼈末端未安装⼯具时，⼯具坐标系建⽴在机器⼈的法兰盘端⾯中⼼点上，Z轴⽅向垂直于法兰盘端⾯指向法兰⾯的前⽅。
当机器⼈运动时，随着⼯具尖端点（TCP）的运动，⼯具坐标系也随之运动。
⽤户可以选择在⼯具坐标系下进⾏⽰教运动。
TCS坐标系下的⽰教运动包括沿⼯具坐标系的X轴、Y轴、Z轴的移动运动，以及绕⼯具坐标系轴X轴、Y轴、Z轴的旋转运动。
（4）世界坐标系—WCS（World Coordinate System）世界坐标系是空间笛卡尔坐标系。
运动学坐标系和⼯件坐标系的建⽴都是参照世界坐标系建⽴的。
机器人的运动轴和坐标系
8 ）在察觉到有危险时，立即按下【急停键】，停止机器人运转。
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3.3 机器人安全操作规程
所 3.3.2 再现和生产运行时
处
位 置
1 ）机器人处于自动模式时，严禁进入机器人本体动作范围内。
——— —
2
）在运行作业程序前，须知道机器人根据所编程序将要执行的全部任务。
【 3 ）使用由其他系统编制的作业程序时，要先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序。
(2) 直角坐标系（世界坐标系、大地坐标系）
所 处
机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一 ，原点定义
位 置
在机器人安装面与第一转动轴的交点处， X 轴向前， Z轴向
——— —
上，
Y
轴按右手法则确定。
【 课
堂 认 知 】
Z
X
Y
直角坐标系原点
直角坐标系下的各轴动作
所 处 位
轴类型
轴 名称
置
动作 说明
(3) 工具坐标系 原点定义在 TCP 点，并且假定工具的有效方向
所 处
为
X
轴（有些机器人厂商将工具的有效方向定义为
Z
轴），而
位 置
Y
轴、
Z
轴由右手法则确定。
在进行相对于工件不改变工具姿
——态— 的平移操作时选用该坐标系最为适宜。
—
【 课
堂 认 知 】
Y
Z
X
工具坐标系原点
工具坐标系下的各轴动作
所 处 位
———
—
【 课
X 轴 沿 X 轴平 行移动
堂
认
知
】
主轴 （基本轴 ）
Y轴
简述工业机器人四类常用坐标系的定义
工业机器人是一种能够自动执行各种工业生产任务的智能化设备，它能够完成重复性高、精度要求高的工作，极大地提高了生产效率和产品质量。
在工业机器人的运动控制中，坐标系是一个非常重要的概念，它决定了机器人在空间中的运动轨迹和位置。
常见的工业机器人坐标系包括基坐标系、工具坐标系、世界坐标系和用户坐标系。
下面将对这四种常用坐标系进行简要介绍。
一、基坐标系基坐标系是工业机器人控制中最基本的坐标系，也是机器人的运动参考系。
它通常是由机器人末端执行器的位置和姿态决定的，其坐标原点通常位于机器人的基座中心，x轴指向机器人末端执行器的前进方向，y轴指向机器人的左侧，z轴指向机器人的上方。
通过基坐标系，机器人可以准确定位和控制自身的运动轨迹。
二、工具坐标系工具坐标系是相对于机器人末端执行器的一个坐标系，它描述了机器人末端执行器上安装的工具或夹具在运动过程中的位置和姿态。
工具坐标系的建立需要考虑到工具的重心位置、姿态等因素，通过工具坐标系，机器人可以准确地控制工具在工作空间中的位置和姿态。
三、世界坐标系世界坐标系是指在工业机器人操作的整个工作空间中建立的一个固定的坐标系，它通常是由工作空间的边界和环境参考物所确定的。
世界坐标系的建立可以帮助机器人在工作空间中进行定位和路径规划，保证其移动和操作的准确性和稳定性。
四、用户坐标系用户坐标系是根据用户的需要和工作要求，由用户自行建立的一个坐标系。
用户可以根据实际工作需要，将世界坐标系中的某个点或者某个工件的某个特定位置定义为一个新的坐标系原点，并设置新的坐标轴方向。
通过用户坐标系，用户可以方便的对工作空间进行定位、操作和控制。
总结：在工业机器人的运动控制中，坐标系是一个非常重要的概念，不同的坐标系具有不同的运动特性和控制方式。
了解和掌握工业机器人常用的四类坐标系的定义和使用方法，对于提高机器人的运动控制精度和灵活性，实现高效的生产操作具有重要的意义。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢！很高兴看到您对工业机器人坐标系有着浓厚的兴趣，下面将继续为您介绍工业机器人常用坐标系的一些细节和应用。
工业机器人常用坐标系介绍
工业机器人常用坐标系介绍坐标系包含：1、基坐标系(Base Coordinate System)2、大地坐标系(World Coordinate System)3、工具坐标系(Tool Coordinate System)4、工件坐标系(Work Object Coordinate System)1、工具坐标系机器人工具座标系是由工具中心点 TCP 与座标方位组成。
机器人联动运行时，TCP 是必需的。
1) Reorient 重定位运动(姿态运动)机器人 TCP 位置不变，机器人工具沿座标轴转动，改变姿态。
2) Linear 线性运动机器人工具姿态不变，机器人 TCP 沿座标轴线性移动。
机器人程序支持多个 TCP，可以根据当前工作状态进行变换。
机器人工具被更换，重新定义TCP 后，可以不更改程序，直接运行。
1.1.定义工具坐标系的方法：1、N(N>=4)点法/TCP法-机器人 TCP 通过N种不同姿态同某定点相碰，得出多组解，通过计算得出当前TCP 与机器人手腕中心点( tool0 ) 相应位置，座标系方向与 tool0 一致。
2、TCP&Z法-在N点法基础上，Z点与定点连线为座标系Z 方向。
3、TCP&X，Z法-在N点法基础上，X点与定点连线为座标系X 方向，Z点与定点连线为座标系 Z 方向。
2. 工件坐标系机器人工件座标系是由工件原点与座标方位组成。
机器人程序支持多个 Wobj，可以根据当前工作状态进行变换。
外部夹具被更换，重新定义Wobj 后，可以不更改程序，直接运行。
通过重新定义 Wobj，可以简便的完成一个程序适合多台机器人。
2.1.定义工件坐标系的方法：三点法-点 X1 与点 X2 连线组成 X 轴，通过点 Y1 向 X 轴作的垂直线，为 Y 轴。
工业机器人运动轴与坐标系的确定
工业机器人运动轴与坐标系的确定工业机器人是一种高精度、高速度、高可靠性的自动化设备，广泛应用于制造业、物流业、医疗业等领域。
工业机器人的运动轴和坐标系的确定是机器人运动控制的基础，对于机器人的精度、速度、稳定性等方面都有着重要的影响。
一、工业机器人的运动轴工业机器人的运动轴是指机器人在运动过程中的各个方向，通常包括六个方向：X、Y、Z、A、B、C轴。
其中，X、Y、Z轴是直线运动轴，A、B、C轴是旋转运动轴。
1. X、Y、Z轴X、Y、Z轴是机器人的直线运动轴，它们分别对应机器人的前后、左右、上下运动方向。
在机器人的运动控制中，X、Y、Z轴通常被称为基本轴，它们的运动是机器人运动的基础。
2. A、B、C轴A、B、C轴是机器人的旋转运动轴，它们分别对应机器人绕X、Y、Z轴的旋转运动。
在机器人的运动控制中，A、B、C轴通常被称为姿态轴，它们的运动可以改变机器人的姿态，从而实现更加复杂的运动控制。
二、工业机器人的坐标系工业机器人的坐标系是指机器人运动控制中的坐标系，它是机器人运动控制的基础。
通常情况下，工业机器人的坐标系有两种：基座坐标系和工具坐标系。
1. 基座坐标系基座坐标系是机器人运动控制中的基本坐标系，它是机器人运动的参考坐标系。
基座坐标系通常以机器人的基座为原点，X、Y、Z轴分别对应机器人的前后、左右、上下运动方向。
2. 工具坐标系工具坐标系是机器人运动控制中的相对坐标系，它是机器人在执行任务时所使用的坐标系。
工具坐标系通常以机器人的工具为原点，X、Y、Z轴分别对应机器人工具的前后、左右、上下运动方向。
三、工业机器人运动轴和坐标系的确定工业机器人的运动轴和坐标系的确定是机器人运动控制的基础，它对机器人的运动精度、速度、稳定性等方面都有着重要的影响。
通常情况下，工业机器人的运动轴和坐标系的确定需要经过以下步骤：1. 确定基座坐标系首先需要确定机器人的基座坐标系，通常以机器人的基座为原点，X、Y、Z轴分别对应机器人的前后、左右、上下运动方向。
工业机器人的工具坐标系、工件坐标系、世界坐标系标定
第3章 机器人的坐标系及标定
机器人的坐标系是机器人操作和编程的基础。无论是操作机器人运动，还是对机 器人进行编程，都需要首先选定合适的坐标系。机器人的坐标系分为关节坐标系、机 器人坐标系、工具坐标系、世界坐标系和工件坐标系。通过本章的内容，掌握这几种 坐标系的含义其标定方法。
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坐标系各轴平移或旋转。
六自由度工业机器人实训项目指导书
图 3-1 机器人的坐标系示意图
3.3 实验项目 1—运动学坐标系下的运动
3.3.1 实验目的 掌握机器人在运动学坐标系下运动的操作方法。
3.3.1 实验内容 坐标系设定为机器人 KCS 时，机器人工具末端 TCP 沿 KCS 坐标系的 X、Y、Z 轴
沿 WCS 坐标系 X 轴平移运动
沿 WCS 坐标系 Y 轴平移运动 沿 WCS 坐标系 Z 轴平移运动
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六自由度工业机器人实训项目指导书
绕X 轴
绕WCS 坐标的X 轴旋转运动
绕Y 轴 旋转轴
绕WCS 坐标的Y 轴旋转运动
绕Z 轴
绕WCS 坐标的Z 轴旋转运动
若同时按下两个以上轴操作键时，机器人按合成动作运动。如果同轴反方向两键 同时按下，轴不动作，如[X-]+[X+]。 3.4.3 世界坐标系的标定
参照世界坐标系的标定方法，标定一个世界坐标系，并操作机器人在该坐标系下 运动。
（1）世界坐标系 WCS 标定管理主界面如图 3-2 所示，用户可通过菜单{机器人} 下的子菜单{坐标系管理}来进入该标定管理界面，也可以通过主界面上的{工具}按钮快 捷进入坐标系标定管理界面。
图 3-2 世界坐标系 WCS 管理界面
图 3-12 示教点管理界面（伺服使能）
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为了实现上述两种情况下工具的快速姿态调整，工业机器人提供了工具坐标系。 结论：建立工具坐标系的作用： （1）确定工具的TCP点（即工具中心点），方便调整工具姿态。 （2）确定工具进给方向，方便工具位置调整。
5.3 工具坐标系
5.3.2. 工具坐标系特点
新的工具坐标系是相对于默认的工具坐标系变化得到的，新的工具坐标系的位置和 方向始终同法兰盘保持绝对的位置和姿态关系，但在空间上是一直变化的。 （1）图 5-12（a）为垂直于法兰盘的垂直卡爪，TCP为机械工具坐标系平移即可，无 角度变化。 （2）图 5-12（b）为带弧形的工具，其TCP由机械工具坐标系平移或旋转获得。两种 形式的TCP均与机械工具坐标系之间存在绝对位姿关系。
5.3 工具坐标系
为了分析工具坐标系在工业机器人使用过程中的作用，进行如下探索： 探索1：研究对象和参考对象
运动学中，在研究物体运动过程时，需要选定参考对象和研究对象 思考：机器人在实际应用过程中做些什么？图 5-7所示的三种典型工业机器人应用中 的参考对象和研究对象又会是什么？
（a）弧焊
(b)点焊 图 5-7 工业机器人的典型应用案例
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（5）工具坐标系，由工具中心点的位置（x,y,z）和姿势（w,p,r）构成。 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 来定义，如图 5-6所示。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 来定义。工 具中心点用来对位置数据的位置进行示教。在进行工具的姿势控制时，需要用上工具 姿势。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
三点法设置操作步骤： （1）依次按键操作：【MENU】（菜单） - 【SETUP】（设置）- F1【TYPE】（类 型）- 【Frames】（坐标系）进入坐标系设置界面； （2）按F3【OTHER】（坐标）选择【Tool Frame】（工具坐标系）进入工具坐标 系的设置界面，见图 5-14；
（3）正确的工具坐标系标定对机器人的轨迹规划具有重要影响，而且机器人的工具可 能会针对不同的应用场景需要经常更换机器人的工具坐标系，因此一种快速，准确的 机器人工具坐标系标定方法是迫切需求的。工具坐标系通常以TCP为原点，将工具方 向取为 Ｚ轴。
（4）未定义工具坐标系时，将由机械接口坐标系（第六轴法兰中心点）来替代该坐 标系。
1. 三点法设置工具坐标系
基本方法：设定工具中心点（工具坐标系的 x、y、z）。进行示教，使参考点 1、2、3 以不同的姿势指向 1 点，如图 5-13所示。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
图 5-13 三点法TCP标定
由此，机器人控制器自动计算 TCP的位置。要进行正确设定，应尽量使三个趋近方 向各不相同。三点示教法中，只可以设定工具中心点（x, y, z）。工具姿势（w,p,r） 中输入标准值（0,0,0）。在设定完位置后，以 六点示教法或直接示教法来定义工具姿 势。
图 5-2所示机座轴（也称行走轴）、工装轴（也称回转轴）都属于机器人的外部轴， 外部轴的动作也通过机器人的示教器进行运动编程示教。
图 5-2 机器人外部轴
5.2 坐标系
工业机器人主要包括四种类型的坐标系： （1）世界坐标系（机座坐标系） （2）关节坐标系 （3）工具坐标系 （4）用户（或工件）坐标系
（2）记录接近点2： a. 沿世界坐标（WORLD）+Z方向移动机器人50mm左右； b. 移动光标到接近点2（Approach point 2）； c. 把示教坐标切换成关节坐标（JOINT），旋转J6轴（法兰面）至少90度，不要超过 180度；
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
三点法设置操作步骤：
图 5-12 不同形状工具的TCP
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
工具坐标系需要在编程前先行设定。如果未定义工具坐标系，将使用默认工具坐标 系。对于FANUC机器人，用户最多可以设置10个工具坐标系。一般一个工具对应一个 工具坐标系。有三种设置方法：
➢ 三点法； ➢ 六点法； ➢ 直接输入法。
5.2.4. 工具坐标系
（1）工具坐标系，是表示工具中心点和工具姿势的直角坐标系。工业生产线上，通常 在工业机器人的末端执行器上固定特殊的部件作为工具，如夹具，焊枪等装置，在这 些工具上的某个固定位置上通常要建立一个坐标系，即工具坐标系。
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（2）机器人的轨迹规划通常是在添加了上述的工具之后，针对工具的某一点进行规划， 通常这一点被称为工具中心点（TCP），TCP英文全称为Tool Center Point，一般情况 下，工具坐标系的原点就是TCP，工具在被安装在机器人末端执行器上之后，除非人 为的改变其安装位置，否则工具坐标系相对于机器人末端坐标系的关系是固定不变的
（a）FANUC机器人
（b）ABB机器人
图 5-1 四大家族机器人运动轴的定义
5.1 工业机器人运动轴
3. KUKA机器人六轴分别定义为Al、A2、A3、A4、A5和A6 4. YASKAWA六轴定义为S、L、U、R、B、T
（c）YASKAWA机器人 图 5-1 四大家族机器人运动轴的定义
（d）KUKA机器人
机器人为了表达工具和工作台的相对位置关系，引入工具坐标系和用户坐标系。
图 5-8 工具坐标系用户坐标系的关联关系图
5.3 工具坐标系
5.3.1. 工具坐标系作用
1. 默认的工具坐标系 一般将法兰盘中心定义为工具坐标系的原点，法兰盘中心指向法兰盘定位孔方向定
义为+X方向，垂直法兰向外为+Z方向，最后根据右手法则即可判定Y方向。新的工具 坐标系都是相对默认的工具坐标系变化得到的，如图 5-9所示。
d. 把示教坐标切换成世界坐标（WORLD）后移动机器人，使工具尖端接触到基准点； e. 按【SHIFT】+F5【RECORD】（记录）记录； f. 沿世界坐标（WORLD）的+Z方向移动机器人50mm左右。
（3） 记录接近点3： a. 移动光标到接近点3（Approach point 3）； b. 把示教坐标切换成关节坐标（JOINT），旋转J4轴和J5轴，不要超过90度； c. 把示教坐标切换成世界坐标（WORLD），移动机器人，使工具尖端接触到基准点； d. 按【SHIFT】+F5【RECORD】（记录）记录； e. 沿世界坐标（WORLD）的+Z方向移动机器人50mm左右。
图 5-4工业机器人世界坐标系
5.2 坐标系
5.2.2. 关节坐标系
关节坐标系是设定在机器人的关节中的坐标系。关节坐标系中的机器人的位置和姿 势，以各关节的底座侧的关节坐标系 为基准而确定。在关节坐标系下，机器人各轴均 可实现单独正向或反向运动。对于大范围运动，且不要求机器人TCP点姿态的，可选 择关节坐标系。图 5-5所示的关节坐标系的关节值，处在所有轴都为 0︒的状态。
5.1 工业机器人运动轴
（1）前三轴称为基本轴或主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置 （2）后三轴称为腕部轴或次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态的控制 （3）为了扩大机器人的运动范围，有时会给机器人增加扩展轴，形成第7或更多轴， 扩展轴与本体六个轴之间可以协调联动，因此也叫协调轴或外部轴
(c)搬运
5.3 工具坐标系
从机器人不同应用领域来看，机器人大多是拿着工具（焊枪，手爪等）去工作台上 固定的位置加工工件。我们习惯性地取静止的物体为参考对象，运动的物体取为研究 对象。因此，这里可以取工具为研究对象，工作台为参考对象。机器人实际上就是建 立了工具和工作台的关系，这个关系也称为位置点位，如图 5-8所示。
图 5-5 六轴机器人关节坐标系及运动方向
5.2 坐标系
5.2.3. 机械接口坐标系
在机器人的机械接口（第六轴手腕法兰盘面）中定义的标准直角坐标系中，坐标系 被固定在机器人所事先确定的位置。工具坐标系基于该坐标系而设定。机械接口坐标 系的空间位姿（X,Y,Z,W,P,R）在出厂前已经标定，且不会因用户使用而变化，所以机 械接口坐标系在机器人中是一个固定的坐标系。
图 5-11 调整工具位置抓取斜台面工件
推测：通过大家的思考，可以得出两个推测： ① 推测1：若图 5-10中的手爪有一个旋转点，使手爪直接绕着这个旋转点旋转就可以
实现姿态调整。
5.3 工具坐标系
5.3.1. 工具坐标系作用
② 推测2：若图 5-11中的手爪有一个与斜面垂直的前进方向，就可以直接移动过去了。
图 5-14 步骤二
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
三点法设置操作步骤： （3）移动光标到所需设置的工具坐标系号处 ，按键 F2【DETAIL】（详细）进入详 细界面，见图 5-15；
图 5-15 步骤三
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
三点法设置操作步骤： （4）按F2【METHOD】（方法），见上图，移动光标，选择所用的设置方法【 Three Point】 （三点法），按【ENTER】（回车）确认，进入图 5 16画面；
图 5-6 TCP与机械接口坐标系的位置关系
5.2 坐标系
5.2.5. 用户坐标系
在工业机器人的使用过程中，为了方便任务的完成，一般在操作的工件（或台面） 上建立一个工件坐标系也称为用户坐标系，绝大部分的操作定义在用户坐标系上。然 而工件的位置可能会因为操作任务的不同而改变，通常需要重新建立用户坐标系，并 标定出用户坐标系相对于机器人基坐标系的转换关系，因此在实际的生产中经常需要 快速实现工件坐标系的标定。
图 5-9 机械接口坐标系
5.3 工具坐标系