工业机器人技术 认识工业机器人坐标系
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。
工业机器人技术基础 工业机器人的分类-根据坐标系分类
——笛卡尔坐标系机器人
学习目标
直角坐标机器人
直角坐标型机器人的机械结构形式和特点
圆柱坐标机器人
圆柱坐标系型机器人的机械结构形式和特点
球坐标机器人
球坐标型型机器人的机械结构形式和特点
关节坐标机器人
关节坐标型三种形式机器人的机械结构形式和特点
直角坐标机器人
• 定义：
直角坐标型机器人是一种最简单的结构，其手臂按直角坐标形式配置，即通过三 个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置.
• 运动学模型简单； • 末端执行器可以获得较高的速度； • 直线部分可采用液压驱动，可输出较大动
力 • 能够伸入型腔式机器内部 • 相同工作空间，本体所占空间体积比直角
坐标式要小。
• 缺点：
• 手臂可以到达的空间受限 • 末端执行器外伸离立柱轴心越远，
线位移分辨精度越低 • 后臂工作时，手臂后端会碰到工
多品种，便批量的柔性化作业
直角坐标系机器人
悬臂式
分类Leabharlann 龙门式直角坐标机器人
• 悬臂式机器人：
定义：
y
约束在平行于笛卡尔坐标轴x、y、z的方向上移动
特点：
腕的俯仰 z
长度有限，刚性差 约束少，重复性高
腕的横滚
腕的偏摆
腕的横滚
腕的偏摆
x
直角坐标机器人
• 龙门式机器人：
定义： 机座固定于可移动的平面 特点： 精度高、大负载
• 缺点：
• 该坐标复杂，轨迹求解较难，难于控制 • 转动关节在末端执行器上的线位移分辨率是一个变量
关节坐标机器人
• 定义：
关节机器人一般由多个转动关节串联起若干连杆组成， 其运动由前后的俯仰及立
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。
转载声明：此⽂章素材来源于⽹络，侵权删。
工业机器人常用的四种坐标系
工业机器人常用的四种坐标系1 机器人坐标系工业机器人的坐标系是指用于控制机器人运动的坐标系，常用的有四种坐标系，即机器人基座坐标系、世界坐标系、末端坐标系和用户定义的坐标系。
2 机器人基座坐标系机器人基座坐标系（Base Coordinate System，BCS）一般是机器人的起点，也就是位于机器人的基座上，可以理解为机器人“抓取”东西时的测量和控制参考系，以及机器人坐标到世界坐标转换的参考系。
起始点可以通过编程人员在机器人程序上定义或使用具有软件的机器人控制器交互进行定位。
3 世界坐标系世界坐标系（World Coordinate System，WCS）是在机器人程序执行时定义的机器人环境中一个参考系，任何在机器人程序中定义的位置总是以世界坐标系为参照系定义的，以这个坐标系来表示机器人完成动作的最终目标点。
4 末端坐标系末端坐标系（TCP，Tool Centre Point）位于机器人末端，是坐标系统上机器人末端位置的参考系。
末端坐标系位于关节空间的终点，跟踪机器人的最终位置，用于控制器知道完成多个任务时，机器人头部位置的正确性。
此外，末端坐标系还可以用于关节运动时的夹持物体的位置定义及控制。
5 用户定义的坐标系用户定义的坐标系（User defined Coordinate System，UCS）由程序员在机器人程序中定义，有时也称为临时坐标系，以满足特定程序规划及定位运动任务的需要。
程序员可以自定义各种用户坐标系，通过建立坐标系与世界坐标系之间的关系，来完成更复杂的任务定位与控制，例如在组装任务中检查某一样件的位置相对与主体的关系等。
在控制机器人运动时，机器人的正确性定位及动作的精确性取决于机器人坐标系的准确性，上文介绍了四种机器人常用的机器人坐标系，他们非常适用于机器人程序规划定位及控制任务，能够将复杂的机器人运动任务优化，以及正确定位指令。
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。
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知识准备
三、其他直角坐标系
FANUC工业机器人可以选用的直角坐标 系有通用坐标系即世界坐标系、手动坐标系、 用户坐标系和工具坐标系。
工具坐标系的所有测量都是相对于TCP的， 默认工具坐标系位于第六轴法兰盘中心。用户 可以自定义工具坐标系。
知识准备
视频：认识FANUC关节坐标系
知识准备
三、其他直角坐标系
FANUC工业机器人可以选用的直角坐标系 有通用坐标系即世界坐标系、手动坐标系、用户 坐标系和工具坐标系。
通用坐标系（即世界坐标系），是一个不可 设置的默认坐标系，其原点是用户坐标系和点动 坐标系的参考位置，位于机器人内预先定义的位 置。
知识准备
四、右手定则
手拿示教器站在工业机器人正前方。面 向工业机器人，举起右手于视线正前方摆手 ;； 拇指所指方向即为全局坐标Y+； 食指所指方向即为全局坐标Z+。
知识准备
视频：FANUC工业机器人直角坐标系认知
主题讨论
讨论问题
FANUC机器人坐标系的种类和区 别有哪些？
小结
我们要知道FANUC机器人坐标系的分类和区别等知识， 使我们更了解FANUC机器人操作的相关知识。
谢谢观看
XYZ
• WORLD • JGFRM
TOOL • USER
知识准备
二、关节坐标系
工业机器人的关节坐标,即为每个轴相对原点位置的绝对角度，LR Mate 200iD 6轴工业机器人 一共有6个关节坐标。
关于6轴旋转方向的判断以操作者为参考，操作者面向机器人时， 工业机器人腰部向右旋转为正方向，向左旋转为负方向； 工业机器人下臂向前俯为正方向，向后仰为负方向； 工业机器人上臂向后仰为正方向，向前俯为负方向； 工业机器人手腕向右旋转为正方向，向左旋转为负方向； 工业机器人手腕向上为正方向，向下为负方向； 工业机器人手腕向右旋转为正方向，向左旋转为负方向。
知识准备
三、其他直角坐标系
FANUC工业机器人可以选用的直角坐 标系有通用坐标系即世界坐标系、手动坐标 系、用户坐标系和工具坐标系。
手动坐标系，手动坐标系的位置和方向 与世界坐标系完全一致。
知识准备
三、其他直角坐标系
FANUC工业机器人可以选用的直角坐标 系有通用坐标系即世界坐标系、手动坐标系、 用户坐标系和工具坐标系。
工业机器人编程与操作（FANUC)
任务一
项目七 工业机器人坐标系设置
认识工业机器人坐标系
导入
FANUC机器人的运动位置怎么确定呢？
目录
学习目标
知识准备
任务实施
主题讨论
学习目标
学习目标
知识目标
1
知道FANUC机器人坐标系种类及含义
2 知道右手定则含义
学习重点
会识别不同的FANUC机器人坐标系
知识准备
一、FANUC工业机器人坐标系介绍
FANUC的坐标系有以下几种： JOINT（关节坐标），JGFRM（手 动坐标），WORLD（全局坐标）， TOOL（工具坐标），USER（用户坐 标）。 可将其坐标系分为两类，一类为关节
坐标系，一类为直角坐标系。
JOINT
• J1、J2、J3、 J4、J5、J6