4.3工业机器人的轴与坐标系
工业机器人轴和坐标系概述
工业机器人轴和坐标系概述
一、工业机器人轴的定义
1、工业机器人轴可以为旋转轴也可以为平移轴，轴的运行方式由机械结构决定。
2、工业机器人轴分为机器人本体的运动轴和外部轴。
3、工业机器人外部轴又分为滑台和变位机。
4、如果不特别指明，工业机器人轴即指机器人本体的运动轴。
二、机器人坐标系的种类
在示教模式下，机器人轴运动方向与当前选择的坐标系有关。
1、关节坐标系：机器人各轴进行单独动作，称为关节坐标系。
2、直角坐标系：机器人的控制中心点沿设定的X、Y、Z 方向运行。
3、工具坐标系：工具坐标系位于机器人腕法兰盘的夹具上，由用户自己定义。
夹具的有效方向定义为工具坐标系的Z 轴。
4、用户坐标系：用户坐标系位于机器人抓取的工件上，由用户自己定义。
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。
工业机器人坐标系
• 机器人联动运行时，TCP是必需的 • 程序中支持多个工具，可根据当前工作状态进行变换，比
如焊接程序可以定义多个工具对应不同的干伸长度 • 工具被更换之后，重新定义工具即可直接运行程序
用户坐标系
A 用户坐标系 B 大地坐标系 C 基坐标系 D 移动用户坐标系 E 工件坐标系，与用户坐标系一 同移动
用户坐标系可用于表 示固定装置、工作台 等设备。这就在相关 坐标系链中提供了一 个额外级别，有助于 处理持有工件或其它 坐标系的处理设备.
用户坐标系与工件坐标系
可针对工作台定义用户坐标，针对工件定义目标坐 标，这样每个工作点都相对工件定义。工件固定位 置若发生改变就重定义目标数据，工作台固定位置 若改变就重定义用户数据，这样依然可以使用原程 序。
• 工具坐标系定义机器人到达预设目标时所使用工具的位置。 • 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。
基坐标系
• 基坐标系在机器人基座中有相应 的零点，这使固定安装的机器人 的移动具有可预测性。因此它对 于将机器人从一个位置移动到另 一个位置很有帮助。对机器人编 程来说，其它如工件坐标系等坐 标系通常是最佳选择。
机器人坐标系
坐标系
从一个称为原点的固定点通过轴定义平面或 空间。 机器人目标和位置通过沿坐标系轴的测量来 定位。 机器人使用若干坐标系，每一坐标系都适用 于特定类型的微动控制或编程。
注意： 在每个机械单元中，系统将对线性动作模式默认使用基坐标系。 在每个机械单元中，系统将对重定向动作模式默认使用工具坐标系。 微动控制就是使用FlexPendant 控制杆手动定位或移动机器人或外轴。
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
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
工业机器人的五个坐标系
工业的五个坐标系工业的五个坐标系工业是用于自动化生产的设备，在工厂生产线中扮演着重要的角色。
为了精确地控制和定位的动作，需要使用五个坐标系来描述的位置和姿态。
本文将详细介绍这五个坐标系的定义和使用方法。
一.基坐标系基坐标系是工业运动的参考坐标系，也称为世界坐标系或基座标系。
它通常固定在所处的环境中的一个固定点上，例如工作台或地面。
基坐标系的原点通常被定义为的起始位置。
二.关节坐标系关节坐标系是相对于的关节运动而定义的坐标系。
它描述了各个关节的位置和姿态。
每个关节都有一个对应的关节坐标系，关节坐标系的原点位于关节的旋转中心。
三.工具坐标系工具坐标系是末端执行器所处的坐标系。
它通常是通过在末端装置一个工具或夹具来定义的。
工具坐标系的原点通常位于工具的中心或夹具的夹持点。
四.工件坐标系工件坐标系是工作时相对于工件而定义的坐标系。
它可以通过在工件上选择一个固定点来定义。
工件坐标系的原点通常位于工件的某个确定位置上。
五.外部坐标系外部坐标系是相对于工作环境的坐标系。
它通常是由一个传感器来提供的，如视觉传感器或激光扫描仪。
外部坐标系能够提供相对于周围环境的位置和姿态信息。
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法律名词及注释：1. 工业：指用于工业生产领域的可编程自动操作。
2. 自动化生产：指利用机器或计算机控制系统自动完成工业生产过程。
3. 坐标系：指描述一个点在空间中位置的系统。
4. 关节：指中可以实现柔性运动的部件。
5. 姿态：指在空间中的方向或朝向。
6. 末端执行器：指末端的工具或夹具。
7. 工具：指末端用于执行特定任务的装置。
8. 夹具：指用于夹持工件的固定装置。
9. 外部坐标系：指相对于工作环境的参考坐标系。
工业机器人的五个坐标系
工业的五个坐标系1、的五个坐标系简介1.1 世界坐标系1.1.1 世界坐标系的定义1.1.2 世界坐标系的用途1.2 基座坐标系1.2.1 基座坐标系的定义1.2.2 基座坐标系的位置和转动 1.3 动作坐标系1.3.1 动作坐标系的定义1.3.2 动作坐标系的实时控制 1.4 工具坐标系1.4.1 工具坐标系的定义1.4.2 工具坐标系的设置和校准 1.5 关节坐标系1.5.1 关节坐标系的定义1.5.2 关节坐标系的运动控制2、世界坐标系2.1 定义2.1.1 世界坐标系是一个绝对坐标系，用来描述相对于整个工作空间的位置和姿态。
2.1.2 通常选择工作空间中的一个固定点作为世界坐标系原点，并确定一个基准方向作为坐标系的方向。
2.2 用途2.2.1 世界坐标系用于确定在工作空间中的位置和姿态，以及与其他物体的相对位置关系。
3、基座坐标系3.1 定义3.1.1 基座坐标系是基座的参考坐标系，用来描述基座的位置和转动。
3.1.2 基座坐标系通常与世界坐标系相重叠，并通过一个坐标变换矩阵来描述相对关系。
3.2 位置和转动3.2.1 基座坐标系的位置由基座的中心点确定，通常使用三个坐标表示位置。
3.2.2 基座坐标系的转动由基座上的旋转关节控制，通常用欧拉角或四元数表示。
4、动作坐标系4.1 定义4.1.1 动作坐标系是末端执行器的参考坐标系，用来描述末端执行器的位置和姿态。
4.1.2 动作坐标系可以通过运动学模型和传感器数据获得。
4.2 实时控制4.2.1 动作坐标系可以根据任务要求进行调整，以实现精确的位置和姿态控制。
4.2.2 通常使用逆运动学算法来计算关节的运动轨迹。
5、工具坐标系5.1 定义5.1.1 工具坐标系是末端工具的参考坐标系，用来描述工具的位置和姿态。
5.1.2 工具坐标系可以通过工具的几何特性和附加传感器数据获得。
5.2 设置和校准5.2.1 工具坐标系的设置通常通过用户输入的参数进行，如工具的几何形状和相对位置。
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。
工业机器人4大坐标系详解你确定不看看
⼯业机器⼈4⼤坐标系详解你确定不看看
机器⼈的坐标系，你知道多少 ？真的会使⽤坐标系吗？下⾯我来带你来剖析机器⼈的坐标系吧！1. 基坐标系
基坐标系是以机器⼈安装基座为基准、⽤来描述机器⼈本体运动的直⾓坐标系。
任何机器⼈都离不开基坐标系，也是机器⼈TCP在三维空间运动空间所必须的基本坐标系（⾯对机器⼈前后：X轴 ，左右：Y轴， 上下：Z轴）。
坐标系遵守右⼿准则：
2. ⼤地坐标系
⼤地坐标系：⼤地坐标系是以⼤地作为参考的直⾓坐标系。
在多个机器⼈联动的和带有外轴的机器⼈会⽤到，90%的⼤地坐标系与基坐标系是重合的。
但是在以下两种情况⼤地坐标系与基坐标系不重合：
（1）机器⼈倒装。
倒装机器⼈的基坐标与⼤地坐标Z轴的⽅向是相反，机器⼈可以倒过来，但是⼤地却不可以倒过来。
（2）带外部轴的机器⼈。
⼤地坐标系固定好位置，⽽基坐标系却可以随着机器⼈整体的移动⽽移动。
3. ⼯具坐标系
⼯具坐标系：是以⼯具中⼼点作为零点，机器⼈的轨迹参照⼯具中⼼点，不再是机器⼈⼿腕中⼼点Tool0了，⽽是新的⼯具中⼼点。
例如：焊接的时候，我们所使⽤的⼯具是焊枪，所以可把⼯具坐标移植为焊枪的顶点。
⽽⽤吸盘吸⼯件时使⽤的是吸盘，所以我们可以把⼯具坐标移植为吸盘的表⾯。
4. ⼯件坐标系
⼯件坐标系：⼯件坐标系是以⼯件为基准的直⾓坐标系，可⽤来描述TCP运动的坐标系。
充分利⽤⼯件坐标系能让我们编程达到事半功倍的效果。
例如：机器⼈加⼯⼯件1，轨迹编程已经编好，另外有⼯件2，轨迹不需要重复编程只要把⼯件坐标系1改为⼯件坐标系2即可。
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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
C
基坐标系
D
移动用户坐标系
E
工件坐标系，与用户坐标 系一同移动
总结
• 首先学习了关节机器人轴的概念和重要性。 • 然后详细学习了机器人系统相关的坐标系，包括世界坐标系、工具坐标系、
工件坐标系的优点：
重新定位工作站中的工件时，只需更改 工件坐标系的位置，所有路径将即刻随之更 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。
世界坐标系与工件坐标系
工业机器人的工具坐标系
工具坐标系是将工具中心点设为零位， 由此再确定工具的位置和方向。 • 所有机器人在手腕处都有一个预定