【干货】关于运动轴的知识内容分析——工业机器人（上）

随着社会进步、科技发展，工业机器人的应用也越来越普遍。本文主要介绍了工业机器人运动轴的命名、坐标系的确定原则，以期对工业机器人的应用起到一定的参考。

一、机器人运动轴
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 2 YASKAWA 工业机器人各运动轴的关系

二、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）。

图 3 右手坐标系

图 4 旋转坐标系

三、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。

（1）绝对坐标系与机器人的运动无关，以地球为参照系的固定坐标系（见图5），符号为 O 0、X 0、Y 0、Z 0。原点 O 0、+X 0 轴由用户根据需要来确定；+Z 0 轴与重力加速度的矢量共线，但方向相反。

（2）机座坐标系是以机器人机座安装平面为参照系的坐标系，符号为 O 1、X 1、Y 1、Z 1。原点 O 1 由机器人制造厂规定；+Z 1 轴垂直于机器人机座安装面，指向机器人机体；X1 轴方向由原点指向机器人工作空间中心点 Cw在机座安装面上的投影。当由于机器人的构造不能实现此约定时，X 1 轴的方向可由制造厂规定。

（3）机械接口坐标系是以机械接口为参照系，符号为 O m、X m、Y m、Z m。原点 O m 是机械接口的中心；+Z m 轴的方向垂直于机械接口中心，并由此指向末端执行器；+X m 轴由机械接口平面和 X 1、Z 1 平面（或平行于 X 1、Z 1；图 2、3、4、5、6）的交线来定义，同时机器人的主、副关节轴处于运动范围的中间位置。当机器人构造不能实现此约定时，应由制造厂规定主关节轴位置。+X m 轴的指向远离 Z 1 轴。

（4）工具坐标系以安装在机械接口上的末端执行器为参照系（见图 6），符号为 O t、X t、Y t、Z t。原点 O t 是工具中心点（TCP）；+Zt 轴与工具有关，通常是工具指向；在平板式夹爪型夹持器夹持时，+Y t 是手指运动平面的方向。

图 5 坐标系示例

图 6 工具坐标系

最后，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。本文先介绍了工业机器人运动轴的命名、坐标系的确定原则，希望能对大家有所帮助。