想學(xué)好工業(yè)機(jī)器人就要熟悉機(jī)器人的控制,，工業(yè)機(jī)器人基本靠控制運(yùn)動(dòng)軸位置和電磁元件通斷來進(jìn)行運(yùn)動(dòng),。運(yùn)動(dòng)軸位置控制一般用來改變工具作業(yè)點(diǎn)，它可驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人,、工件的整體移動(dòng),；在機(jī)器人應(yīng)用程序中，運(yùn)動(dòng)軸位置可通過基本移動(dòng)指令控制,?；疽苿?dòng)指令屬于通用指令，只要機(jī)器人的控制系統(tǒng)相同,，即使工業(yè)機(jī)器人的用途有所區(qū)別,，但移動(dòng)指令的格式、編程要求仍一致,。

部分工業(yè)機(jī)器人可能還包含特殊的運(yùn)動(dòng)軸位置控制要求,，例如，點(diǎn)焊機(jī)器人的伺服焊鉗控制,、分揀機(jī)器人的同步跟蹤控制,、探測機(jī)器人的傳感器引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)和攝像控制等。此類機(jī)器人的控制系統(tǒng)通常需要選配特殊功能,，并通過專門的RAPID移動(dòng)指令進(jìn)行控制,。

多關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)軸的控制,，需要對機(jī)器人的工具參考點(diǎn)（Tool Reference Point,，TRP）位置進(jìn)行定義，以便建立其運(yùn)動(dòng)控制模型,。

例如,，在圖示的6軸串聯(lián)機(jī)器人上，TRP就是機(jī)器人手腕上的工具安裝法蘭中心點(diǎn),。為了確定TRP,，在控制系統(tǒng)中，需要定義基座高度（height_of_foot）,，j2,、j3軸中心偏移（offset_off_joint_2,、offset_off_joint_3），下臂,、上臂長度（length_of_lower_arm,、length_of_upper_arm）以及手腕長度（length_of_wrist）等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

結(jié)構(gòu)參數(shù)是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的前提條件,，且與機(jī)器人結(jié)構(gòu)密切相關(guān),，故需要機(jī)器人生產(chǎn)廠家在系統(tǒng)參數(shù)上設(shè)置。在RAPID應(yīng)用程序中,，ABB機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)一般在系統(tǒng)模塊（System module）中定義,，該模塊由ABB公司編制，并可在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載,，并且不受用戶作業(yè)程序刪除操作的影響,。

TRP也是確定工具作業(yè)點(diǎn)、設(shè)定工具數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)位置,。工業(yè)機(jī)器人的工具作業(yè)點(diǎn)又稱為工具控制點(diǎn)（Tool Control Point,，TCP）或工具中心點(diǎn)（Tool Center Point，TCP）,，它是機(jī)器人關(guān)節(jié),、直線、圓弧插補(bǔ)等移動(dòng)指令的控制對象,，指令中的起點(diǎn),、終點(diǎn)就是TCP在指定坐標(biāo)系上的位置值。TCP的位置與工具形狀,、安裝方式密切相關(guān),；不安裝工具時(shí)，TCP就是TRP,。

機(jī)器人作業(yè)程序中的移動(dòng)指令大多用來控制機(jī)器人TCP和工件（或基準(zhǔn)）的相對運(yùn)動(dòng),， TCP的位置取決于機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)。例如,，通過機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng),，可使TCP和機(jī)器人基座產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)；通過機(jī)器人基座的整體移動(dòng),，可使TCP和大地產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng),；通過工件的整體運(yùn)動(dòng)，可使TCP和工件產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)等,。

可驅(qū)動(dòng)機(jī)器人TCP運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸眾多,、組成形式多樣，簡單系統(tǒng)可能只有單一的機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng),；復(fù)雜機(jī)系統(tǒng)可能需要控制多個(gè)機(jī)器人以及機(jī)器人變位器,、工件變位器等諸多輔助部件運(yùn)動(dòng),。例如，下圖所示的雙機(jī)器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng),，實(shí)際上包含機(jī)器人1,、機(jī)器人2、機(jī)器人變位器,、工件變位器共4個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,。

為了便于控制與編程，在控制系統(tǒng)內(nèi)部,，通常需要根據(jù)機(jī)械部件的功能與用途，對運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行分組管理,，將系統(tǒng)分為若干個(gè)具有獨(dú)立功能和若干個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的基本運(yùn)動(dòng)單元,。在ABB機(jī)器人說明書中，將這樣的單元稱為機(jī)械單元（Mechanical unit）,；而在安川等公司生產(chǎn)的機(jī)器人說明書中,，則將其稱為“控制軸組”。

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軸一般可分為機(jī)器人單元（機(jī)器人軸組）,、基座單元（基座軸組）和工裝單元（工裝軸組）3類,。

01機(jī)器人單元

機(jī)器人軸是用于機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)控制的坐標(biāo)軸，用來控制機(jī)器人TCP和機(jī)器人基座的相對運(yùn)動(dòng),。在多機(jī)器人控制系統(tǒng)上,，可分為機(jī)器人1（ROB_1）、機(jī)器人2 （ROB_2）等多個(gè)軸組（單元）,；機(jī)器人單元一旦選定,，對應(yīng)的機(jī)器人就成為系統(tǒng)的控制對象。

02基座單元

基座軸是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝基座,、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體變位的輔助運(yùn)動(dòng)軸,，用來控制機(jī)器人基座及TCP和大地的相對運(yùn)動(dòng)?；鶈卧坏┻x定,，機(jī)器人變位器就成為系統(tǒng)的控制對象。

03工裝單元

工裝軸是驅(qū)動(dòng)工裝運(yùn)動(dòng),、實(shí)現(xiàn)工件整體變位的輔助運(yùn)動(dòng)軸,，用來控制機(jī)器人TCP和工件的相對運(yùn)動(dòng)。工裝單元一旦選定,，工件變位器就成為系統(tǒng)的控制對象,。

機(jī)器人軸是系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)軸，任何工業(yè)機(jī)器人都具備,；基座軸,、工裝軸是用于機(jī)器人,、工件整體移動(dòng)的輔助軸，當(dāng)系統(tǒng)配置有變位器時(shí)需要使用,。在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中,，基座軸、工裝軸統(tǒng)稱為“外部軸”或“外部關(guān)節(jié)”（extjoint）,。

同一機(jī)械單元的所有運(yùn)動(dòng)軸可進(jìn)行成組管理,。機(jī)器人操作或編程時(shí)，可根據(jù)需要,，通過生效/撤銷機(jī)械單元來改變系統(tǒng)的控制對象,。

在ABB機(jī)器人中，機(jī)械單元（控制軸組）可通過系統(tǒng)參數(shù)定義,，不同的機(jī)械單元需要定義不同的名稱,。在RAPID程序中，可通過機(jī)械單元啟用/停用指令,，來使能/關(guān)閉指定機(jī)械單元全部運(yùn)動(dòng)軸的伺服驅(qū)動(dòng)器,，使該機(jī)械單元的運(yùn)動(dòng)軸處于實(shí)時(shí)位置控制狀態(tài)，或處于保持位置不變的伺服鎖定狀態(tài),。

機(jī)器人TCP的運(yùn)動(dòng)需要通過三維笛卡爾直角坐標(biāo)系來描述,。在ABB機(jī)器人中，笛卡爾坐標(biāo)系有下圖所示的大地坐標(biāo)系（World coordinates）,、基座坐標(biāo)系（Base coordinates）,、工具坐標(biāo)系（Tool coordinates）、用戶坐標(biāo)系（User coordinates）和工件坐標(biāo)系（Object coordinates）等,，說明如下,。

大地坐標(biāo)系

大地坐標(biāo)系（World coordinates）有時(shí)被譯為“世界坐標(biāo)系”，它是以地面為基準(zhǔn)的三維笛卡爾直角坐標(biāo)系,，可用來描述物體相對于地面的運(yùn)動(dòng),。在多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)或使用機(jī)器人變位器的系統(tǒng)中，為了確定機(jī)器人（基座）的位置,，需要建立大地坐標(biāo)系,。此外，如機(jī)器人采用了下圖所示的倒置或傾斜安裝,，大地坐標(biāo)系也是設(shè)定基座坐標(biāo)系的基準(zhǔn),。

通常情況下，地面垂直安裝的機(jī)器人基座坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的方向一致,，因此,，對于常用的、地面垂直安裝的單機(jī)器人系統(tǒng)，系統(tǒng)默認(rèn)為大地坐標(biāo)系和基座坐標(biāo)系重合,，此時(shí),，可不設(shè)定大地坐標(biāo)系。

基座坐標(biāo)系

基座坐標(biāo)系（Base coordinates）亦稱為機(jī)器人坐標(biāo)系,，它是以機(jī)器人安裝基座為基準(zhǔn),、用來描述機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系?；鴺?biāo)系是描述機(jī)器人TCP在三維空間運(yùn)動(dòng)所必需的基本坐標(biāo)系,，機(jī)器人的手動(dòng)操作、程序自動(dòng)運(yùn)行,、加工作業(yè)都離不開基座坐標(biāo)系,，因此，任何機(jī)器人都需要有基座坐標(biāo)系,。

基座坐標(biāo)系通常以腰回轉(zhuǎn)軸線為Z軸,、以機(jī)器人安裝底面為XY平面；其Z軸正向與腰回轉(zhuǎn)軸線方向相同,，X軸軸線與腰回轉(zhuǎn)軸j1的0°線重合,，手腕離開機(jī)器人向外方向?yàn)閄軸正向,；Y軸由圖3.1-3所示的右手定則確定,。

工具坐標(biāo)系

工具坐標(biāo)系（Tool coordinates）是機(jī)器人作業(yè)必需的坐標(biāo)系，建立工具坐標(biāo)系的目的是確定工具的TCP位置和安裝方式（姿態(tài)）,。通過建立工具坐標(biāo)系,，機(jī)器人使用不同的工具作業(yè)時(shí)，只需要改變工具坐標(biāo)系（工具數(shù)據(jù)tooldata）,，就能保證TCP到達(dá)指令點(diǎn),，而無需對程序進(jìn)行其他修改。

機(jī)器人手腕上的工具安裝法蘭面和中心點(diǎn)是工具的安裝定位基準(zhǔn),。以工具安裝法蘭中心點(diǎn)（TRP）為原點(diǎn),、垂直工具安裝法蘭面向外的方向?yàn)閆軸正向、手腕向機(jī)器人外側(cè)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閄軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系,，稱為機(jī)器人的手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系,。手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系是建立工具坐標(biāo)系的基準(zhǔn)，如未設(shè)定工具坐標(biāo)系,，控制系統(tǒng)將默認(rèn)為工具坐標(biāo)系和手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系重合,。

工具坐標(biāo)系是用來確定工具TCP位置和工具方向（姿態(tài)）的坐標(biāo)系，它通常是以TCP為原點(diǎn),、以工具接近工件方向?yàn)閆軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系,；常用的點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人的工具坐標(biāo)系一般如下圖所示。

用戶坐標(biāo)系

用戶坐標(biāo)系（User coordinates）是以下圖所示的工裝位置為基準(zhǔn)來描述TCP運(yùn)動(dòng)的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系,，通常用于工裝移動(dòng)協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)或多工位作業(yè)系統(tǒng),。

通過建立用戶坐標(biāo)系，機(jī)器人在不同工位進(jìn)行相同作業(yè)時(shí),，只需要改變用戶坐標(biāo)系（工件數(shù)據(jù)wobjdata）,，就能保證工具TCP到達(dá)指令點(diǎn)，而無需對程序進(jìn)行其他修改,。

在RAPID程序中,，用戶坐標(biāo)系可通過工件數(shù)據(jù)（wobjdata）定義，有關(guān)內(nèi)容詳見后述,。對于通常的工件固定,、機(jī)器人移動(dòng)工具作業(yè)，用戶坐標(biāo)系以大地坐標(biāo)系為基準(zhǔn)建立,；對于工具固定,、機(jī)器人移動(dòng)工件作業(yè)，用戶坐標(biāo)系則以手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)建立,。

工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系（Object coordinates）是以工件為基準(zhǔn)來描述TCP運(yùn)動(dòng)的虛擬笛卡爾坐標(biāo)系,。通過建立工件坐標(biāo)系，機(jī)器人需要對不同工件進(jìn)行相同作業(yè)時(shí),，只需要改變工件坐標(biāo)系,，就能保證工具TCP到達(dá)指令點(diǎn)，而無需對程序進(jìn)行其他修改,。

工件坐標(biāo)系可在用戶坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上建立,，并允許有多個(gè)。對于工具固定,、機(jī)器人用于工件移動(dòng)的作業(yè),，必須通過工件坐標(biāo)系來描述TCP與工件的相對運(yùn)動(dòng)。

在RAPID程序中,，工件坐標(biāo)系同樣需要通過工件數(shù)據(jù)（wobjdata）定義,；如果機(jī)器人僅用于單工件作業(yè)，系統(tǒng)默認(rèn)用戶坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系重合,，無需另行設(shè)定工件坐標(biāo)系,。

本期主題的選擇來自于對產(chǎn)品升級規(guī)劃時(shí)的思考，我們計(jì)劃在機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)領(lǐng)域打造精品,，所以選擇了一些優(yōu)秀的專業(yè)資料進(jìn)行參考,，我們希望通過我們對知識的加工處理讓這些稍顯枯燥的文字變得生動(dòng)有趣，讓機(jī)器人教學(xué)變得簡單,，所以您一定有機(jī)會(huì)在后面的專題中看到我們對這些知識的重新解讀,。本期內(nèi)容全部引自《ABB工業(yè)機(jī)器人編程全集》一書,，特此說明。