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如何理解工业机器人的坐标系统(Coordinate System)

为了说明与控制机器人在空间的运动情况,比如:位置、运动的方向及速度等,必须为其选定一个参照系,也就是坐标系统(Coordinate System)。机器人在坐标系中的位置数据,称为坐标。同一个位置,在不同的坐标系中,其坐标值是不同的。今天这篇文章,我们来谈谈工业机器人的各种坐标系统。

cover.png

机器人的坐标系包括如下几个类别:世界坐标系(World coordinate system)、基坐标系(Base coordinate system)、工具坐标系(Tool coordinate system)和工件坐标系(Object coordinate system)。

ABB_Robot_Coordination.png

世界坐标系(World coordinate system),也称为大地坐标系,它是大地作为参考平面。世界坐标系可以让两个或多个机器人定位到车间里的同一个位置点,在两个或多个机器人协同工作时(比如一个机器人抓取另一个机器人焊接好的部件),使用世界坐标系会特别方便。

基坐标系(Base coordinate system)是机器人的底盘作为参考平面。有人会问:基坐标系和大地坐标系有什么区别呢?既然基坐标系是以底盘为参考平面,那么底盘的固定的地方不同,其参考系就不同。当底盘水平固定到地面上时,基坐标系与大地坐标系在同一个平面内(原点可能不同),此时机器人的运动也可以世界坐标系为参考。当底盘离开地面一定距离(甚至把机器人倒置),机器人的参考平面就不能以大地为基准了,必须以底盘所在的平面为基准。当机器人回归原点,观察者面向机器人站在其正前方,垂直向上的方向为Z轴正方向;水平向右的方向为Y轴正方向;从机器人指向观察者的方向为X轴正方向。下面是默认基坐标系的示意图:

base_coordination.png

工具坐标系(Tool coordinate system)用来定义工具中心点(TCP)的位置。严格来讲,“工具坐标”应该被翻译为“工具数据(Tool Data)”。因为这里面不仅定义了工具中心点的位置,还包括了工具的重量和重心。ABB机器人有默认的工具数据"tool0",其TCP点在第六轴法兰盘的中心位置。法兰盘的平面即为X轴和Y轴构成的平面。站在机器人的正前方,面对法兰盘,垂直于法兰盘的方向为Z轴,其正方向从机器人指向观察者;法兰盘向下的方向为X轴的正方向,向右的方向为Y轴的正方向;如下图:

tool_coordinate.PNG

另一个很重要的坐标系是工件坐标系(Object coordinate system)。

工件坐标用来定义一个平面,机器人的TCP点在这个平面内做轨迹运动。在ABB机器人中,工件坐标被称为"work object data",简写为"wobjdata"。

如何来定义这样一个平面呢?通常采用的是三点法。根据几何定律:不在同一条直线上的三个点可以唯一确定一个平面。我们可以在被加工的工件表面上选择三个点:X1、X2和Y1。其中“X1”用来确定平面坐标的原点;“X2”用来确定坐标轴X的正方向;“Y1”用来确定坐标轴Y的正方向;三个点的位置数据确定后,就可以定义一个工件坐标了。

使用工件坐标的好处在于当工件的位置发生变化后,仅需要重新定义一个新的工件坐标,而不需要对机器的运动轨迹进行重新编程。

关于三点法定义工件坐标的具体步骤,我们将在以后的文章中介绍。

好了,工业机器人的坐标系统就先聊到这里,欢迎扫描下面的二维码关注我们的微信公众号。


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