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科普 | 一文了解工業(yè)機(jī)器人的軸與坐標(biāo)系

工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)器人，一般需要配備除了自身性能特點(diǎn)的外圍設(shè)備，如翻轉(zhuǎn)變位機(jī)、回轉(zhuǎn)工作平臺(tái)、水平移動(dòng)平臺(tái)等。這些外圍設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和位置控制都需要與工業(yè)機(jī)器人相配合并要求相應(yīng)精度。通常機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸按其功能可劃分為機(jī)器人軸、基座軸和工裝軸，基座軸和工裝軸統(tǒng)稱(chēng)外部軸。

● 機(jī)器人軸：是指機(jī)器人本體的軸，目前商用的工業(yè)機(jī)器人大多以6軸為主。
● 基座軸：是使機(jī)器人移動(dòng)軸的總稱(chēng)，主要指行走軸（ 移動(dòng)滑臺(tái)或?qū)к墸?br /> ● 工裝軸：是除機(jī)器人軸、基座軸以外軸的總稱(chēng)，指使工件、工裝夾具翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)的軸，如回轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)臺(tái)等。

實(shí)際生產(chǎn)中常用的是6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人，該操作機(jī)有6個(gè)可活動(dòng)的關(guān)節(jié)（軸）。下圖為常見(jiàn)工業(yè)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)軸的定義，值得注意的是，不同的工業(yè)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)軸的定義也不同。用于保證末端執(zhí)行器達(dá)到工作空間任意位置的軸稱(chēng)為基本軸或主軸；用于實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器任意空間姿態(tài)的軸，稱(chēng)為腕部軸或次軸。

【如何理解工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系？】

機(jī)器人程序中所有點(diǎn)的位置都和坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)，同時(shí)這個(gè)坐標(biāo)系也可能和另一個(gè)坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)。
機(jī)器人的各種坐標(biāo)系都由正交的右手定則來(lái)決定，如下圖所示：

● 當(dāng)圍繞平行于X 、Y 、 Z 軸線(xiàn)的各軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，分別定義為C 、B 、A 。
● C 、B 、A 的正方向分別是X 、Y 、Z 正方向上右手螺旋前進(jìn)的方向。

那么常用的坐標(biāo)系有哪些呢？常用的坐標(biāo)系包括：絕對(duì)坐標(biāo)系、機(jī)座坐標(biāo)系、機(jī)械接口坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系。

  >>>> 絕對(duì)坐標(biāo)系>>>>>  

絕對(duì)坐標(biāo)系（也稱(chēng)大地坐標(biāo)系）與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，以地球?yàn)閰⒄障档墓潭ㄗ鴺?biāo)系（見(jiàn)下圖左），符號(hào)為O 0、X 0、Y 0、Z 0。原點(diǎn)O 0、+X 0軸由用戶(hù)根據(jù)需要來(lái)確定；+Z 0軸與重力加速度的矢量共線(xiàn)，但方向相反。

  >>>> 基座坐標(biāo)系>>>>>  
機(jī)座坐標(biāo)系是以機(jī)器人機(jī)座安裝平面為參照系的坐標(biāo)系，符號(hào)為O 1、X 1、Y 1、Z 1（見(jiàn)上圖右）。原點(diǎn)O 1由機(jī)器人制造廠(chǎng)規(guī)定；+Z 1軸垂直于機(jī)器人機(jī)座安裝面，指向機(jī)器人機(jī)體；X1軸方向由原點(diǎn)指向機(jī)器人工作空間中心點(diǎn)。

  >>>> 用戶(hù)坐標(biāo)系>>>>>  
機(jī)器人可以和不同的工作臺(tái)或夾具配合工作， 在每個(gè)工作臺(tái)上建立一個(gè)用戶(hù)坐標(biāo)系。機(jī)器人大部分采用示教編程的方式，步驟繁瑣，對(duì)于相同工件，若放置在不同工作臺(tái)進(jìn)行操作，不必重新編程，只需相應(yīng)地變換到當(dāng)前用戶(hù)坐標(biāo)系下。用戶(hù)坐標(biāo)系在基坐標(biāo)系或者世界坐標(biāo)系下建立。

  >>>> 機(jī)械接口坐標(biāo)系>>>>>  
機(jī)械接口坐標(biāo)系是以機(jī)械接口為參照系，符號(hào)為O m、X m、Y m、Z m（見(jiàn)上圖右）。原點(diǎn)O m是機(jī)械接口的中心；+Z m軸的方向垂直于機(jī)械接口中心，并由此指向末端執(zhí)行器；+X m軸由機(jī)械接口平面和X 1、Z 1平面的交線(xiàn)來(lái)定義，同時(shí)機(jī)器人的主、副關(guān)節(jié)軸處于運(yùn)動(dòng)范圍的中間位置。當(dāng)機(jī)器人構(gòu)造不能實(shí)現(xiàn)此約定時(shí)，應(yīng)由制造廠(chǎng)規(guī)定主關(guān)節(jié)軸位置。+X m軸的指向遠(yuǎn)離Z 1軸。

  >>>> 工具坐標(biāo)系>>>>>  
工具坐標(biāo)系以安裝在機(jī)械接口上的末端執(zhí)行器為參照系，符號(hào)為O t、X t、Y t、Z t（見(jiàn)下圖）。原點(diǎn)O t是工具中心點(diǎn)（TCP）；+Zt軸與工具有關(guān)，通常是工具指向；在平板式夾爪型夾持器夾持時(shí)，+Y t是手指運(yùn)動(dòng)平面的方向。

【總結(jié)】

由于工業(yè)機(jī)器人品種眾多，每種工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系也很多，其命名、確定方式雖然有標(biāo)準(zhǔn)，但是有的生產(chǎn)廠(chǎng)家又不按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 各有各的叫法。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)就顯得混亂麻煩。本文主要介紹了工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)軸命名與常用坐標(biāo)系的確定，以期對(duì)使用者有所幫助。
 

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