本文主要介绍了工业机器人坐标系，工业机器人轴，坐标系等相关知识，欢迎补充留言。

关键词：工业机器人坐标系、工业机器人轴、坐标系

坐标系，是理科常用辅助方法，常见有直线坐标系，平面直角坐标系。为了说明质点的位置、运动的快慢、方向等，必须选取其坐标系。在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。

坐标系是为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行定义的位置指标系统。坐标系分为关节坐标系和直角坐标系。

机器人坐标系确定

机器人程序中所有点的位置都和坐标系关联，同时这个坐标系也可能和另一个坐标系关联。

机器人的各种坐标系都由正交的右手定则来决定，如图3所示。当围绕平行于X、Y、Z轴线的各轴旋转时，分别定义为A、B、C。A、B、C的正方向分别是X、Y、Z正方向上右手螺旋前进的方向（见图4）。

右手坐标系

旋转坐标系

常用的坐标系是绝对坐标系、机座坐标系、机械接口坐标系和工具坐标系。

一、工业机器人关节坐标系

关节坐标系是设定在机器人关节中的坐标系。关节坐标系中机器人的位置和姿态，以各关节底座侧的关节坐标系为基准而确定。

J1:0°J2:0°J3:0°J4:0°J5:0°J6:0°

下图1中的关节坐标系的关节值为：

坐标系示例

工具坐标系

二、工业机器人直角坐标系

直角坐标系中的机器人的位置和姿态，通过从空间上的直角坐标系原点到工具侧的直角坐标系原点（工具中心点）的坐标值x、y、z和空间上的直角坐标系的相对X轴、Y轴、Z轴周围的工具侧的直角坐标系的回转角w、p、r予以定义。下图2为（w、p、r）的含义。

三、工业机器人世界坐标系

世界坐标系是被固定在空间上的标准直角坐标系，其被固定在由机器人事先确定的位置。用户坐标系是基于该坐标系而设定的。它用于位置数据的示教和执行。有关各机器人（R系列/M系列/ARCMate/LRMate）的世界坐标系原点位置的大致标准为：

①顶吊安装机器人、M-iC以外：在J1轴上水平移动J2轴而交叉的位置。

②顶吊安装机器人、M-iC：J1轴处于0位时，离开J4轴最近的J1轴上的点。

世界坐标系

四、工业机器人工具坐标系

这是用来定义工具中心点（TCP）的位置和工具姿态的坐标系。工具坐标系必须事先进行设定。在没有定义的时候，将由默认工具坐标系来替代该坐标系。

五、工业机器人用户坐标系

这是用户对每个作业空间进行定义的直角坐标系。它用于位置寄存器的示教和执行、位置补偿指令的执行等。在没有定义的时候，将由世界坐标系来替代该坐标系。

六、什么是工业机器人坐标系？

坐标系：为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行的位置指标系统。

坐标系包含：基坐标系（BaseCoordinateSystem）、大地坐标系（WorldCoordinateSystem）、工具坐标系（ToolCoordinateSystem）、工件坐标系（WorkObjectCoordinateSystem）。

七、工业机器人工具坐标系

机器人工具座标系是由工具中心点TCP与座标方位组成。

机器人联动运行时，TCP是必需的。

1、Reorient重定位运动（姿态运动）机器人TCP位置不变，机器人工具沿座标轴转动，改变姿态。

2、Linear线性运动机器人工具姿态不变，机器人TCP沿座标轴线性移动。

机器人程序支持多个TCP，可以根据当前工作状态进行变换。

机器人工具被更换，重新定义TCP后，可以不更改程序，直接运行。

3、定义工具坐标系的方法：

①N（N＞＝4）点法／TCP法－机器人TCP通过N种不同姿态同某定点相碰，得出多组解，通过计算得出当前TCP与机器人手腕中心点（tool0）相应位置，座标系方向与tool0一致。

②TCP＆Z法－在N点法基础上，Z点与定点连线为座标系Z方向。

③TCP＆X，Z法－在N点法基础上，X点与定点连线为座标系X方向，Z点与定点连线为座标系Z方向。

八、工业机器人工件坐标系

机器人工件座标系是由工件原点与座标方位组成。

机器人程序支持多个Wobj，可以根据当前工作状态进行变换。

外部夹具被更换，重新定义Wobj后，可以不更改程序，直接运行。

通过重新定义Wobj，可以简便的完成一个程序适合多台机器人。

1、定义工件坐标系的方法：

三点法－点X1与点X2连线组成X轴，通过点Y1向X轴作的垂直线，为Y轴。

2、工业机器人工件坐标系（ObjectCoordinateSystem）与工件相关，通常最适于对机器人进行编图2世界坐标系程。工件坐标系对应工件，它定义工件相对于大地坐标系（或其他坐标系）的位置。

3、工业机器人置换坐标系（DisplacementCoordinateSystem）又称为位移坐标系，有时需要对同一工件、同一段轨迹在不同工位上加工，为了避免每次重新编程，可以定义一个置换坐标系。置换坐标系基于工件坐标系定义。如图3所示，当置换坐标系被激活后，程序中的所有点都将被置换。

4、工业机器人腕坐标系（WristCoordinateSystem）和工具坐标系都是用来定义工具方向的。在简单应用中，腕坐标系可以定义为工具坐标系，两者重合。腕坐标系的Z轴和机器人的第6根轴重合，如图4所示，坐标系原点位于末端法兰盘中心，X轴方向与图3置换坐标系图4腕坐标系法兰盘上标识孔的方向相同或相反，Z轴垂直向外，Y轴符合右手法则。

5、工业机器人工具坐标系（ToolCoordinateSystem）安装在末端法兰盘上的工具需要在其中心点（TCP）定义一个工具坐标系，通过坐标系的转换，可以操作机器人在工具坐标系下运动，以方便操作。如果工具磨损或更换，只需重新定义工具坐标系，而不用更改程序。工具坐标系建立在腕坐标系下，即两者之间的相对位置和姿态是确定的。

腕坐标系

6、工业机器人关节坐标系（JointCoordinateSystem）用来描述机器人每个独立关节的运动，关节类型可能不同（如移动关节、转动关节等）。若将机器人末端移动到期望位置，在关节坐标系下操作，可以依次驱动各关节运动，从而引导机器人末端到达指定的位置。

九、工业机器人轴和坐标系概述

工业机器人在生产中，一般需要配备除了自身性能特点的外围设备，如转动工件的回转台，移动工件的移动台等。这些外围设备的运动和位置控制都需要与工业机器人相配合并要求相应精度。通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴，基座轴和工装轴统称外部轴。

机器人轴是指操作本体的轴，属于机器人本身，目前商用的工业机器人大多以8轴为主。基座轴是使机器人移动轴的总称，主要指行走轴（移动滑台或导轨）。工装轴是除机器人轴、基座轴以外轴的总称，指使工件、工装夹具翻转和回转的轴，如回转台、翻转台等。实际生产中常用的是6关节工业机器人，该操作机有6个可活动的关节（轴）。附表与图1为常见工业机器人本体运动轴的定义，值得注意的是，不同的工业机器人本体运动轴的定义也不同。用于保证末端执行器达到工作空间任意位置的轴称为基本轴或主轴；用于实现末端执行器任意空间姿态的轴，称为腕部轴或次轴；图2是YASKAWA工业机器人各运动轴的关系。

图1典型机器人各运动轴

图2YASKAWA工业机器人各运动轴的关系

1、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。

2、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。

十、机床坐标系与工件坐标系的区别

1、性质不同

①工件坐标系：编程时使用的坐标系。

②机床坐标系：以机床原点O为坐标系原点并遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由X、Y、Z轴组成的直角坐标系。

2、建立方法不同

①工件坐标系建立方法：通过机床操作面板手动输入到数控车床相应的刀具补偿单元。数控系统根据该位置预设的坐标值，通过坐标变换计算确定工件坐标系原点的位置，使机床坐标系o的原点偏移到所需工件坐标系的原点。这样就建立了一个以O为原点的工件坐标系。

②机床坐标系建立方法：

（1）先确定Z轴。

（2）再确定X轴。（X轴始终水平，且平行于工件装夹面）

（3）最后确定Y轴。按右手笛卡儿直角坐标系确定。

十一、结语

坐标系的种类很多，常用的坐标系有：笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系（或称柱坐标系）和球面坐标系(或称球坐标系)等。中学物理学中常用的坐标系，为直角坐标系，或称为正交坐标系。

从广义上讲：事物的一切抽象概念都是参照于其所属的坐标系存在的，同一个事物在不同的坐标系中就会有不同抽象概念来表示，坐标系表达的事物有联系的抽象概念的数量就是该事物所处空间的维度。

两件能相互改变的事物必须在同坐标系中。

本文详细介绍了工业机器人坐标轴命名与常用坐标系的确定，以期对使用者有所帮助。由于工业机器人品种众多，每种工业机器人的坐标系也很多，其命名、确定方式虽然有标准，但是有的生产厂家又不按标准执行，各有各的叫法。在实际生产应用时就显得非常混乱麻烦。欢迎补充留言！