机器人的运动轴和坐标系
机器人学-机器人坐标系及其标定原理
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坐标系管理界面的底部并排放置四个功能图标。 {复制数据}用于复制所选中的坐标系的 (X、Y、Z、A、B、C) 数据，数据复制成功 后，用户可以在坐标系手动修改界面进行数据粘贴操作。 {设为当前}用于修改机器人系统的当前坐标系。用户长按{设为当前}图标 1 秒钟， 可以将当前正在操作的 坐标系统设置为机器人使用的坐标系统。 {修改}用于用户手动修改坐标系数据。坐标系手动修改操作界面如图 3-3 所示：
（3）选择“三点法模式 1”，以世界坐标系 WCS 的 7 号坐标系为例，世界坐标系 的标定步骤如下：
第一步，从坐标系选项卡选择 WCS 坐标系，并选中 7 号坐标系。然后点击{设置} 按钮，进入坐标系标定设置界面。
图 3-6 坐标系选项卡
第二步：确保{三点法模式 1}处于被选中的状态，而且原点偏置功能未使用；使用 XY 平面法。点击{下一步}，进入位置点记录界面。
（4）关闭机器人，参照 2.3.4。
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轴名称 X轴
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表 3-1 机器人坐标系 KCS 的轴
操作键
动作
沿 KCS 坐标系 X 轴平移运动
移动轴 Y 轴 Z轴
沿 KCS 坐标系 Y 轴平移运动 沿 KCS 坐标系 Z 轴平移运动
绕X 轴
绕KCS 坐标的X 轴旋转运动
旋转轴 绕Y 轴
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图 3-4 三点法模式及 XY/YZ/ZX 平面选择
使用{三点法模式 1}，用户示教三个点为：原点 P1，X 轴（Y 轴或 Z 轴）正轴方向 上的一点 P2，XY 平面（YZ 平面或 ZX 平面）上的一点 P3。用这种方法示教的坐标系的 原点位于 P1 点，X 轴（Y 轴或 Z 轴）的正方向从 P1 点指向 P2 点，P3 点位于 Y 轴（Z 轴或 X 轴）正方向一侧。
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。
第八节 工业机器人坐标系建立
第七步 用手动操作的方式接近物料 块的第一个点X1
第八步 点击“修改位置”
工业机器人坐标系的建立
第九步 用手动操作的方式接近物料 块的第一个点X2
第十步 点击“修改位置”
工业机器人坐标系的建立
第十一步 用手动操作的方式接近物 料块的第一个点X3
第十二步 点击“修改位置”
工业机器人坐标系的建立
第十三步 点击“确定”
第十三步 通过手动操作，让机器人工具 末端换一种姿势对准物体同一点，
第十四步 点击“点4”然后点“修改位置”
工业机器人坐标系的建立
第十五步 看平均误差是否小于0.8，如果不 是则重复第8-15步骤，如果合格直接点击“确 定”
第十六步 点击“编辑”然后点“更改值”
工业机器人坐标系的建立
第十七步 点击“mass”然后把-1改为工具实际重量，我们这里改 为“0.4”然后点击确定工具坐标就建好了。
适用于工作台移 动后快速定位， 坐标数据按相对 位置存储
工业机器人坐标系的建立
二、 创建工具坐标数据
在进行正式的编程之前，就需要构建必要的编程环境，比如新建运行程序、创建三个必须的程 序数据（工具数据、工件数据和载荷数据）
（1）TCP概念
工具数据tooldata用于描述安装在 机器人末端轴的工件的TCP、质量、 重心纯参数数据。其中TCP指的是 工具中心点，为机器人系统的控制 点，出厂默认位于最后一个运动轴 或安装法兰的中心。安装工具之后， TCP将发生变化。
工业机器人坐标系的建立
（2）工件坐标系的建立 第一步 点击“手动操纵”
第二步 点击“工件坐标”
工业机器人坐标系的建立
第三步 点击“新建”
第四步 点击“…”名称修改为”zuo”点 击“确定”
工业机器人操作基础：用户坐标系
工业机器人操作基础：用户坐标系一、工业机器人用户坐标系的定义：工业机器人用户坐标系定义在对象工件上，由用户自己根据需求习惯来定义，工业机器人用户坐标系的方向根据客户需要任意定义。
二、按照工业机器人在轴操作键时，控制中心点的动作情况请参照下表：三、选择用工业机器人户坐标系号：在工业机器人系统中，用户可以建立8个用户坐标系（各工业机器人厂家定义有所差异）。
用户坐标系号的选择分为轴操作运动机器人前的用户坐标系号选择和作业中的用户坐标系号选择。
1、工业机器人在轴操作运动前的用户坐标系号选择：工业机器人在轴操作运动时，所使用的工业机器人用户坐标系号在使用“坐标”键选择“用户坐标系”后，会显示在示教器屏幕上，即为当前工业机器人用户坐标系号；当前工业机器人用户坐标系号不同，，按轴运动键后的运动方向会不同；当前工业机器人用户坐标系号不同，运动工业机器人后添加运动指令记录的位置点信息（姿态值）会不同。
使用工业机器人用户坐标系运动机器人前，先要选择当前使用的用户坐标系号。
如果新标定、设定一个用户坐标系，按退出后，当前用户坐标系号立刻更改成标定、设定完成的用户坐标系号；如果要使用已经标定、设定过的用户坐标系，用[坐标]键选择坐标系为用户坐标系，按[SHIFT]+[坐标]键选择坐标系号。
备注：每按一次，用户坐标系号增加1，增加到8 后，返回到1 继续循环。
2、工业机器人在作业中的用户坐标系号选择：工业机器人作业中可以选择用户坐标系号，选择方法为通过指令选择。
SET UF#1 为用户坐标系选择指令，#后面的数值即为工业机器人用户坐标系号。
SET UF#<坐标系文件号>指令可以出现在作业的顶端，也可以出现在作业的中间和末端。
该指令执行后，系统的当前工业机器人用户坐标系号则被改变，工业机器人用户坐标系号的改变不仅对自动执行的作业有影响，示教模式下的轴操作也使用的是新设定的工业机器人用户坐标系。
3、工业机器人用户坐标系号选择的注意事项：如果客户使用1 个工业机器人用户坐标系，工业机器人作业中可以没有SET UF#<坐标系文件号>指令；如果客户使用多个用户坐标系，为了避免工业机器人用户坐标系的混乱，建议每个作业的顶端增加SET UF 指令，使得每个作业的每条指令使用的工业机器人用户坐标系都在作业的执行过程中得到明确，避免因当前用户坐标系文件号不对造成执行作业时的机器人轨迹错误。
圆柱坐标系机器人通过两个移动和一个转动
圆柱坐标系机器人通过两个移动和一个转动圆柱坐标系机器人是一种常用于工业自动化领域的机器人系统，它可以通过两个移动和一个转动来实现运动控制。
这个运动控制方式的优势在于可以灵活地对工作空间进行覆盖，并且适用于各种复杂环境下的任务。
圆柱坐标系的定义圆柱坐标系是一种常用的二维坐标系，它由一个平面坐标系和一个与之垂直的轴线组成。
在圆柱坐标系中，一个点的位置可以用两个平面坐标和一个长度来表示。
其中，角度（θ）表示点在平面坐标系中的位置，半径（r）表示点到轴线的距离，高度（h）表示点在轴线上的位置。
通过调整角度、半径和高度，圆柱坐标系机器人可以达到各种不同的工作空间位置。
两个移动和一个转动：实现多维运动控制圆柱坐标系机器人通过两个移动和一个转动来实现多维运动控制。
具体来说，这两个移动分别是沿着半径方向和高度方向的移动，转动是绕轴线旋转。
通过控制这三个运动，圆柱坐标系机器人可以实现在三维空间中的各种位置和姿态转换。
其中，半径方向和高度方向的移动可以改变机器人在平面坐标系中的位置，而轴线旋转可以改变机器人的朝向。
这种运动控制方式使得圆柱坐标系机器人可以在工作空间中实现更灵活的操作。
例如，在某些情况下，如果需要机器人移动到一个新的位置并保持朝向不变，可以通过固定半径和高度，只旋转轴线来实现。
而在其他情况下，如果需要机器人在一个平面上进行扫描操作，可以通过固定高度和角度，只改变半径来实现。
圆柱坐标系机器人的应用圆柱坐标系机器人由于其灵活性和多维运动控制能力，在工业自动化领域得到广泛应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 拾取和放置圆柱坐标系机器人可以用于自动化的拾取和放置任务。
通过调整半径、高度和角度，机器人可以精确地定位和抓取物体，然后将其放置到指定的位置。
2. 清洗和喷涂圆柱坐标系机器人可以通过移动和转动来完成清洗和喷涂任务。
机器人可以在不同的角度和位置上进行喷涂，从而实现对工件的全面覆盖。
3. 机器视觉圆柱坐标系机器人结合机器视觉系统可以用于高精度的检测和定位任务。
ABB机器人坐标系说明介绍
ABB机器人坐标系说明介绍
ABB机器人坐标系有两种常见的表示方法：基坐标系和工具坐标系。
基坐标系是机器人工具初始位置的坐标系，而工具坐标系是相对于基坐标系的局部坐标系，用于描述机器人末端工具的位置和姿态。
基坐标系和工具坐标系的选择取决于机器人执行任务的需求。
在ABB机器人坐标系中，末端执行器的位置由坐标(x, y, z)表示，其中x代表机器人执行器相对于基坐标系的x轴的位置，y代表相对于基坐标系的y轴的位置，z代表相对于基坐标系的z轴的位置。
姿态（Orientation）用四元数（quaternion）或欧拉角表示，四元数由实部和虚部构成，通常以(α, β, γ)表示，其中α代表绕机器人基坐标系的x轴旋转的角度，β代表绕机器人基坐标系的y轴旋转的角度，γ代表绕机器人基坐标系的z轴旋转的角度。
在机器人任务执行过程中，需要经常转换机器人末端执行器在不同坐标系下的位置和姿态。
其中，基坐标系到工具坐标系的转换需要考虑到机器人末端执行器与工具之间的距离和相对方向的关系。
转换后的坐标系可以根据具体需求进行重新定义，如改变坐标轴的方向或位置。
另外，ABB机器人还提供了一种重要的坐标系转换方法，即关节坐标系。
在关节坐标系中，机器人的位置和姿态是相对于每个关节点的旋转角度。
关节坐标系不受运动学约束，可以更灵活地描述机器人的运动状态。
圆柱坐标式机器人
圆柱坐标式机器人1. 简介圆柱坐标式机器人是一种基于圆柱坐标系进行运动控制的机器人。
它将机器人的运动描述为在圆柱坐标系下的运动，通过控制机器人的关节角度和位移，实现精准的定位和运动控制。
2. 圆柱坐标系圆柱坐标系是一种三维坐标系，由一个原点和三个轴构成：水平轴x，垂直轴y，以及一个与z轴垂直的轴，通常表示为r。
在圆柱坐标系中，位置由离心距r、方位角θ和高度z来定义。
圆柱坐标系适用于描述在柱面上运动的物体，例如圆柱坐标式机器人。
通过控制机器人的关节角度和位移，可以在圆柱坐标系下实现机器人的运动控制。
3. 圆柱坐标式机器人结构圆柱坐标式机器人通常由一个垂直支撑柱和一个横跨柱面的运动平台构成。
垂直支撑柱是机器人的主要支撑结构，运动平台则通过关节与垂直支撑柱连接。
机器人的关节通常由电机驱动，通过控制电机的转动角度，可以控制机器人的关节运动。
运动平台上通常安装有工作台或末端执行器，用来完成特定的任务。
4. 圆柱坐标式机器人的优势相较于其他类型的机器人，圆柱坐标式机器人具有以下优势：4.1 灵活性圆柱坐标式机器人的运动平台可以在水平方向上360度连续旋转，具有较大的工作空间。
这使得机器人具有更大的灵活性，可以完成复杂的运动任务。
4.2 高精度圆柱坐标式机器人的运动控制基于圆柱坐标系，可以精确控制机器人的位置和角度。
对于要求高精度的任务，圆柱坐标式机器人可以提供更精确的定位和运动控制能力。
4.3 负载能力由于垂直支撑柱的支撑结构，圆柱坐标式机器人具有较高的负载能力。
这使得它在搬运物体或承担重量较大的任务时具有优势。
5. 应用领域圆柱坐标式机器人具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：5.1 制造业圆柱坐标式机器人常用于制造业中的装配、焊接、喷涂等任务。
机器人的高精度和灵活性使得它们可以在生产线上完成复杂的装配操作，提高生产效率和产品质量。
5.2 物流和仓储圆柱坐标式机器人在物流和仓储领域中也有广泛应用。
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。
第1章机器人运动
第1章 机器人运动学 1.1.2 动系的位姿表示
二、手部的位姿表示
关节轴为ZB轴，ZB轴的单位方向矢量a称为接 近矢量，指向朝外； 两手指的连线为YB轴，YB轴的单位方向矢量o 称为姿态矢量，指向可任意选定； XB轴与YB轴及ZB轴垂直，XB轴的单位方向矢 量n称为法向矢量，且n = o a，指向符合 右手法则。
1.2.1 旋转的齐次变换
算子左、右乘规则 若相对固定坐标系进行变换，则算子左乘；若相 对动坐标系进行变换，则算子右乘。 例1.4 已知坐标系中点U的位置矢量U=[7 3 2 1]’，将此点绕Z轴旋转90°，再绕Y轴旋转 90°，如图1.11所示，求旋转变换后所得的点 W。
第1章 机器人运动学 1.2 齐 次变 换
1.2.1 旋转的齐次变换
例1.4 已知坐标系中点U的位置矢量U=[7 3 2 1]’，将此点绕Z轴旋转90°，再绕Y轴旋转 90°，如图1.11所示，求旋转变换后所得的点 W。
第1章 机器人运动学 1.2 齐 次变 换
1.2.2 平移的齐次变换
第1章 机器人运动学 1.2 齐 次变 换
0 s2 0 c2 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 A d 2 3 0 1 1 0 0
s6 c6 0 0
0 0 0 0 0 d3 0 1
0 0 1 0 0 0 0 1
c6 0 s5 0 s 0 c5 0 A 6 1 0 0 6 0 0 0 1 0
T
a 0.000 0.000 1.000 0
T
P 2 1 0 1
T
第1章 机器人运动学 1.1.2 动系的位姿表示
二、手部的位姿表示
直角坐标机器人的特点
直角坐标机器人的特点直角坐标机器人（Cartesian robot）是一种常见的工业机器人，其运动轴与直角坐标系的坐标轴平行，因此其特点主要体现在以下几个方面。
1. 精准的直线运动直角坐标机器人的运动是沿着直角坐标系的X、Y、Z三个方向进行的，其运动轨迹可以精确控制，因此在需要进行直线运动的应用中具有优势。
例如，在组装、包装及物料搬运等领域，直角坐标机器人能够精确地将物品从A点搬运到B点，确保产品在运输过程中的稳定性和精度。
2. 多种工作模式直角坐标机器人具有多种可选的工作模式，可以通过切换不同的工具来适应不同任务的需求。
例如，可以装配抓取工具进行物品搬运，也可以装配喷涂工具进行涂装操作。
这种灵活性使得直角坐标机器人在不同行业和应用中均能发挥作用。
3. 扩展性强直角坐标机器人在机械结构上具有较强的扩展性。
其工作台面积和行程可以根据具体需求进行调整，以适应不同尺寸和重量的工件。
此外，直角坐标机器人还可以与其他设备进行集成，例如视觉系统、传感器等，以实现更复杂的任务。
4. 高重复定位精度直角坐标机器人的运动由精确的控制系统驱动，具备高重复定位精度。
这使得它在需要进行精细操作的任务中表现出色，例如精密装配、微调等。
直角坐标机器人通过准确控制每个轴的运动，可以保证机器人在多次执行相同任务时，能够以相同的精度和准确度完成。
5. 易于编程和操作直角坐标机器人的编程相对较为简单，采用直观的编程语言和界面，使得用户能够快速上手。
通常，用户只需指定目标位置和相应的运动轨迹，机器人就能按照预定的路径进行运动。
这种简单易用的特点使得直角坐标机器人成为许多工业生产线的首选。
总而言之，直角坐标机器人以其精准的直线运动、多种工作模式、扩展性强、高重复定位精度以及简单易用的特点，在工业自动化领域发挥着重要的作用。
随着科技的进步和应用的扩展，直角坐标机器人的应用前景将会更加广阔。