机器人的运动轴和坐标系

工业机器人技术及应用
— 手动操纵工业机器人
主 编：兰 虎
A
1
所 课前回顾
处 位 置
———
— ✓工业机器人的主要技术指标
【 课 前
有哪些？
回
顾 】
✓工业机器人的点位运动和连续
路径运动？
A
2
章节目录
3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.1 机器人运动轴的名称 3.1.2 机器人坐标系的种类
3.2 认识和使用示教器
—
【
课
堂
认 知
机器人坐
】
标系种类
关节坐标系
工具坐标系
直角坐标系
用户坐标系
TCP 为机器人系统控制点，出厂是默认位于最后一个运 动轴或安装法兰的中心，安装工具后 TCP 点将发生改变。
A
8
(1) 关节坐标系
所 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。
处
位对大范围运动，且不要求
置
TCP
姿态的，可选择关节坐标系。
学习目标 导入案例 课堂认知 扩展与提高 本章小结 思考练习
3.3 机器人安全操作规程
3.3.1 示教和手动机器人时 3.3.2 再现和生产运行时
3.4 手动移动机器人
3.4.1 移动方式
返回
3.4.2 典型坐标系下的手动操作
目录
A
3
学习目标
所
处
位
置
——— —
➢ 掌握机器人
【 学
运动轴与坐标
习 目 标
动作，同样可在直角坐标系下实现。
位
置———提示
➢ 机器人在关节坐标系下的动作是单轴运动，而在直角坐标系下则是 多轴联动。除关节坐标系以外，其他坐标系均可实现控制点不变动作
—
（只改变工具姿态而不改变 TCP 位置）在进行机器人 TCP 标定时经
【 课
常用到。
堂
认
知
】
动作后
动作前
动作中
动作后 动作前 动作中
例 】
程可通过教学编程模式实现，用户可以
扶住 UR 机械臂，手动引导机械臂，按
所需的路径及移动模式运行机械臂一次，
UR 机器人就能自动记住移动路径和模式。
机器人通过一套独特的、友好的图形用
户界面操作，在触摸屏幕上，有一系列
范围广泛的功能让用户选择。任何重复
性的生产过程，都能够使用它并从中受
益。
A
5
3.1 机器人运动轴与坐标系
A
14
工具坐标系下的各轴动作
所 处 位
轴类型
轴 名称
动作 说明
置
———
—
【
X轴
沿 X 轴平 行移动
课
堂
认
知
】
主轴 （基本轴） Y
轴
沿 Y 轴平 行移动
动作图示
轴类型
轴 名称
动作 说明
Rx 轴 绕 X 轴 旋转
次轴 （腕部轴） Ry 轴 绕 Y 轴
旋转
动作图示
Z 轴 沿 Z 轴平 行移动
Rz 轴 绕 Z 轴 旋转
A4 、 A5 和 A6 三轴（轴 4 、轴 5 和轴 6 ）称为腕部轴或次轴， 用以实现末端执行器的任意空间姿态。
A
7
3.1.2 机器人坐标系的种类
所 目前，大部分商用工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、
处 位
直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系， 而工具坐标系和用户坐
置——标— 系同属于直角坐标系范畴 。
3.1.1 机器人运动轴的名称
所
处 位
通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装
置——轴— ， 基座轴 和工装轴 统称 外部轴 。
—
机器人轴
【 课
机器机器人人操操作作机（机本（体）本的轴机，）属
堂
的轴，属于机器人本身。
认
知
】
基座轴
机器人整体移动的轴，如行走 轴（滑移平台或导轨）。
工装轴
机器人轴和基座轴以外的 轴，指使工装夹具翻转和 回转的轴
置
动作 说明
———
—
【 课
X 轴 沿 X 轴平 行移动
堂
认
知
】
主轴 （基本轴 ）
Y轴
沿 Y 轴平 行移动
动作图示
轴类型
轴 名称
动作 说明
U轴 绕Z轴 旋转
次轴 （腕部
轴）
V轴 绕Y轴 旋转
动作图示
沿 Z 轴平 Z 轴 行移动
绕末端工 W 轴 具所指方
向旋转
A
11
Z
X Y
沿 X 轴平行移动
A
12
Z
A
15
(4) 用户坐标系
所
可根据需要定义用户坐标系。 当机器人配备多个工作台时，
处
位 置
选择用户坐标系可使操作更为简单 。在用户坐标系中， TCP 点
———将沿用户自定义的坐标轴方向运动。
—
【
课
堂
Z
认
Leabharlann Baidu
知
】
X
Y
用户坐标系原点
A
16
用户坐标系下的各轴动作
轴类型
轴 名称
动作 说明
动作图示
轴类型
轴 名称
X Y
沿 Y 轴平行移动
A
13
(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
A
9
(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
A
10
直角坐标系下的各轴动作
所 处 位
轴类型
轴 名称
机器人系统中各个运动轴的定义
A
6
3.1 机器人运动轴与坐标系
所
A5
轴5
处
A4
位
轴4
置
A3
———
A6 轴6
轴3
—
【
课
堂
认
A2
轴2
知
】
A1
轴1
KUKA 机器人
ABB 机器人
典型机器人操作机各运动轴
A1 、 A2 和 A3 三轴（轴 1 、轴 2 和轴 3 ）称为基本轴或主轴， 用以保证末端执行器达到工作空间的任意位置。
动作 说明
动作图示
X轴
沿 X 轴平 行移动
Rx 轴 绕 X 轴 旋转
主轴 （基本轴） Y 轴
沿 Y 轴平 行移动
次轴 （腕部轴） Ry 轴 绕 Y 轴
旋转
Z轴
沿 Z 轴平 行移动
Rz 轴 绕 Z 轴 旋转
A
17
3.1 机器人运动轴与坐标系
➢不同的机器人坐标系功能等同，即机器人在关节坐标系下完成的
所 处
——
轴名称
—— 轴类型
动作说明 ABB FANUC YASKAWA KUKA
动作图示
【
课 堂
轴1
J1
认
知 】
主轴 （基本轴）
轴2
J2
S轴
本体
A1
左右回转
L轴
大臂
A2
上下运动
轴3
J3
U轴
小臂
A3
前后运动
轴4
J4
次轴
（腕部轴） 轴 5
J5
R轴
手腕
A4
回旋运动
B轴
手腕 A5 上下摆运动
轴6
J6
T轴
手腕 A6 圆周运动
系
】
➢能够熟练进 行机器人坐标 系和运动轴的 选择
返回 目录
A
4
导入案例
所 处
Universal Robots 公司推出革命性的新型工业机器人
位
置 ———
UR5 机器人自重很轻（仅 18.4 kg ），
— 可以方便地在生产场地移动，而且不需
【 导
要繁琐的安装与设置就可以迅速地融入
入 案
到生产线中，与员工交互合作。编程过