如何理解工業機器人的坐標系統(Coordinate System)

為了說明與控制機器人在空間的運動情況，比如：位置、運動的方向及速度等，必須為其選定一個參照系，也就是坐標系統（Coordinate System）。機器人在坐標系中的位置數據，稱為坐標。同一個位置，在不同的坐標系中，其坐標值是不同的。今天這篇文章，我們來談談工業機器人的各種坐標系統。

機器人的坐標系包括如下幾個類別：世界坐標系（World coordinate system）、基坐標系（Base coordinate system）、工具坐標系（Tool coordinate system）和工件坐標系（Object coordinate system）。

世界坐標系（World coordinate system），也稱為大地坐標系，它是大地作為參考平面。世界坐標系可以讓兩個或多個機器人定位到車間里的同一個位置點，在兩個或多個機器人協同工作時（比如一個機器人抓取另一個機器人焊接好的部件），使用世界坐標系會特別方便。

基坐標系（Base coordinate system）是機器人的底盤作為參考平面。有人會問：基坐標系和大地坐標系有什麼區別呢？既然基坐標系是以底盤為參考平面，那麼底盤的固定的地方不同，其參考系就不同。當底盤水平固定到地面上時，基坐標系與大地坐標系在同一個平面內（原點可能不同），此時機器人的運動也可以世界坐標係為參考。當底盤離開地面一定距離（甚至把機器人倒置），機器人的參考平面就不能以大地為基準了，必須以底盤所在的平面為基準。當機器人回歸原點，觀察者面向機器人站在其正前方，垂直向上的方向為Z軸正方向；水平向右的方向為Y軸正方向；從機器人指向觀察者的方向為X軸正方向。下面是默認基坐標系的示意圖：

工具坐標系（Tool coordinate system）用來定義工具中心點（TCP）的位置。嚴格來講，「工具坐標」應該被翻譯為「工具數據（Tool Data）」。因為這裡面不僅定義了工具中心點的位置，還包括了工具的重量和重心。ABB機器人有默認的工具數據"tool0"，其TCP點在第六軸法蘭盤的中心位置。法蘭盤的平面即為X軸和Y軸構成的平面。站在機器人的正前方，面對法蘭盤，垂直於法蘭盤的方向為Z軸，其正方向從機器人指向觀察者；法蘭盤向下的方向為X軸的正方向，向右的方向為Y軸的正方向；如下圖：

另一個很重要的坐標系是工件坐標系（Object coordinate system）。

工件坐標用來定義一個平面，機器人的TCP點在這個平面內做軌跡運動。在ABB機器人中，工件坐標被稱為"work object data"，簡寫為"wobjdata"。

如何來定義這樣一個平面呢？通常採用的是三點法。根據幾何定律：不在同一條直線上的三個點可以唯一確定一個平面。我們可以在被加工的工件表面上選擇三個點：X1、X2和Y1。其中「X1」用來確定平面坐標的原點；「X2」用來確定坐標軸X的正方向；「Y1」用來確定坐標軸Y的正方向；三個點的位置數據確定後，就可以定義一個工件坐標了。

使用工件坐標的好處在於當工件的位置發生變化後，僅需要重新定義一個新的工件坐標，而不需要對機器的運動軌跡進行重新編程。

關於三點法定義工件坐標的具體步驟，我們將在以後的文章中介紹。

好了，工業機器人的坐標系統就先聊到這裡，歡迎登陸官網（http://www.founderchip.com）瀏覽更多技術類文章。

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