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     工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中，一般需要配備除了自身性能特點(diǎn)的外圍設(shè)備，如轉(zhuǎn)動(dòng)工件的回轉(zhuǎn)臺(tái)，移動(dòng)工件的移動(dòng)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)稱外部軸。

 

 

     機(jī)器人軸是指操作本體的軸，屬于機(jī)器人本身，目前商用的工業(yè)機(jī)器人大多以 8 軸為主?；S是使機(jī)器人移動(dòng)軸的總稱，主要指行走軸（移動(dòng)滑臺(tái)或?qū)к墸?。工裝軸是除機(jī)器人軸、基座軸以外軸的總稱，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）。常見工業(yè)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)軸的定義附表與圖 1 為常見工業(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，稱為腕部軸或次軸 ; 圖 2 是 YASKAWA 工業(yè)機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸的關(guān)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，如圖 3 所示。當(dāng)圍繞平行于 X 、Y 、Z 軸線的各軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，分別定義為 A 、B 、C 。A 、B 、C 的正方向分別是 X 、Y 、Z 正方向上右手螺旋前進(jìn)的方向（見圖 4）。

     （2）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 O1、X1、Y1、Z1。原點(diǎn) O1 由機(jī)器人制造廠規(guī)定 ;+Z1 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) Cw（見 GB ／T12644—2001）在機(jī)座安裝面上的投影。當(dāng)由于機(jī)器人的構(gòu)造不能實(shí)現(xiàn)此約定時(shí)，X1 軸的方向可由制造廠規(guī)定。

     （3）機(jī)械接口坐標(biāo)系是以機(jī)械接口為參照系，符號(hào)為 Om、Xm、Ym、Zm。原點(diǎn) O m 是機(jī)械接口的中心 ;+Zm 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 ;+Xm 軸由機(jī)械接口平面和 X1、Z1 平面（或平行于 X1、Z1 的平面）的交線來(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)由制造廠規(guī)定主關(guān)節(jié)軸位置。+Xm 軸的指向遠(yuǎn)離 Z1 軸。

    （1）基坐標(biāo)系（ BaseCoordinate System），又稱為機(jī)座坐標(biāo)系，位于機(jī)器人基座。如圖 5 所示，它是最便于機(jī)器人從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的坐標(biāo)系?；鴺?biāo)系在機(jī)器人基座中有相應(yīng)的零點(diǎn)，這使固定安裝機(jī)器人的移動(dòng)具有可預(yù)測(cè)性。在正常配置的機(jī)器人系統(tǒng)中，工人可通過(guò)控制桿進(jìn)行該坐標(biāo)系的移動(dòng)。

    （2）世界坐標(biāo)系（WorldCoordinate System），又稱為大地坐標(biāo)系或絕對(duì)坐標(biāo)系。如果機(jī)器人安裝在地面，在基坐標(biāo)系下示教編程很容易，但當(dāng)機(jī)器人吊裝時(shí)，機(jī)器人末端移動(dòng)直觀性差，因而示教編程較為困難。另外，如果兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人共同協(xié)作時(shí)，例如，一臺(tái)安裝于地面，另一臺(tái)倒置，倒置機(jī)器人的基坐標(biāo)系也將上下顛倒（見圖 7）。當(dāng)分別在兩臺(tái)機(jī)器人的基坐標(biāo)系 A 、B中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，很難預(yù)測(cè)相互協(xié)作運(yùn)動(dòng)的情況。此時(shí)，可以定義一個(gè)共同的世界坐標(biāo)系 C 取而代之。若無(wú)特殊說(shuō)明，單臺(tái)機(jī)器人世界坐標(biāo)系

 

    （3）用戶坐標(biāo)系（UserCoordinate System），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)前用戶坐標(biāo)系下。用戶坐標(biāo)系在基坐標(biāo)系或者世界坐標(biāo)系下建立。

     工件坐標(biāo)系擁有特定附加屬性，主要用于簡(jiǎn)化編程。他擁有兩個(gè)框架 : 用戶框架（與大地基座相關(guān)）和工件框架（與用戶框架相關(guān)）。機(jī)器人可以擁有若干工件坐標(biāo)系，表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干狀態(tài)。對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程就是在工件坐標(biāo)系中創(chuàng)建目標(biāo)和路徑，重新定位工作站中的工件時(shí)，只需更改工件坐標(biāo)系的位置，所有路徑將隨之更新。允許操作以外軸或傳送導(dǎo)軌移動(dòng)的工件，因?yàn)檎麄€(gè)工件可連同其路徑一起移動(dòng)。

    （6）腕坐標(biāo)系（WristCoordinate System）和工具坐標(biāo)系都是用來(lái)定義工具方向的。在簡(jiǎn)單應(yīng)用中，腕坐標(biāo)系可以定義為工具坐標(biāo)系，兩者重合。腕坐標(biāo)系的 Z 軸和機(jī)器人的第 6 根軸重合，如圖 9 所示，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于末端法蘭盤中心，X 軸方向與法蘭盤上標(biāo)識(shí)孔的方向相同或相反，Z 軸垂直向外，Y 軸符合右手法則。

   

 

   

    （7）工具坐標(biāo)系（ToolCoordinate System）安裝在末端法蘭盤上的工具需要在其中心點(diǎn)（TCP）定義一個(gè)工具坐標(biāo)系，通過(guò)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，可以操作機(jī)器人在工具坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)，以方便操作。如果工具磨損或更換，只需重新定義工具坐標(biāo)系，而不用更改程序。工具坐標(biāo)系建立在腕坐標(biāo)系下，即兩者之間的相對(duì)位置和姿態(tài)是確定的。

    （8）關(guān)節(jié)坐標(biāo)系（J ointCoordinate System）用來(lái)描述機(jī)器人每個(gè)獨(dú)立關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)類型可能不同（ 如移動(dòng)關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)等）。若將機(jī)器人末端移動(dòng)到期望位置，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下操作，可以依次驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而引導(dǎo)機(jī)器人末端到達(dá)指定的位置。

     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)就顯得非常混亂麻煩。本文詳細(xì)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。