【導讀】一般都會定義機器人第一軸的旋轉軸為基坐標係Z軸，旋轉中心即是坐標係原點，X和Y的方向是的電機零點確定，所以隻要你不更換電機的零點和機械結構

，單個機器人裏這個基坐標係是永遠不會變的！

機器人坐標係

基坐標係

機器人都有一個不會變的坐標係

，叫基坐標係或世界坐標係（每家叫法不同，原理一樣）。

基坐標係是怎麼來的呢？

拿6軸機器人舉例：

第一軸的旋轉軸

一般都會定義機器人第一軸的旋轉軸為基坐標係Z軸
，旋轉中心即是坐標係原點

，X和Y的方向是的電機零點確定，所以隻要你不更換電機的零點和機械結構，單個機器人裏這個基坐標係是永遠不會變的！

機器人外部軸

有一種情況會重新設定新（基）坐標係，新坐標係為世界坐標係（每家不同的叫法，你可以認為就是一個基坐標係）

，那(na)就(jiu)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)加(jia)外(wai)部(bu)行(xing)走(zou)軸(zhou)
，或(huo)外(wai)部(bu)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)，用(yong)行(xing)走(zou)軸(zhou)舉(ju)例(li)
，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)會(hui)把(ba)基(ji)坐(zuo)標(biao)設(she)在(zai)行(xing)走(zou)軸(zhou)的(de)零(ling)點(dian)位(wei)置(zhi)，如(ru)果(guo)有(you)多(duo)個(ge)行(xing)走(zou)軸(zhou)，那(na)就(jiu)把(ba)基(ji)坐(zuo)標(biao)設(she)定(ding)到(dao)最(zui)底(di)層(ceng)那(na)根(gen)軸(zhou)的(de)零(ling)點(dian)處(chu),所以機器人配置外部軸的原理就是測量一些機械參數
，把機器人1軸上的基坐標係變換到外部行走軸上
，這種變換也叫D-H變換，下麵講工具坐標係時候詳細說明。

用戶坐標係

上麵內容確定了一個（基）坐標係
，就可以通過齊次變換推算出工具坐標係和用戶坐標係了！

用戶坐標係

先說用戶坐標係，用戶坐標係的本質是把（基）坐標係旋轉偏移到工件上

，是為了方便編程，讓機器人的移動方向和工件表麵的方向一致！例如，有個傾斜45度的工件表麵，如果你用基坐標係，機器人就是沿著基座係方向行走，橫平豎直的
，很難沿著45度的表麵行走，對編程來說難操作。所以就通過齊次變換偏移旋轉（基）坐標係，得到新的用戶坐標係!

其次變換旋轉算法

齊次變換平移加旋轉算法

齊次變換後得到新的用戶坐標係

工具坐標係

工具坐標係又叫TCP，機(ji)器(qi)人(ren)的(de)精(jing)度(du)和(he)這(zhe)個(ge)關(guan)係(xi)很(hen)大(da)。它(ta)是(shi)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)末(mo)端(duan)執(zhi)行(xing)器(qi)
，也(ye)就(jiu)是(shi)抓(zhua)手(shou)或(huo)焊(han)槍(qiang)上(shang)的(de)。這(zhe)個(ge)坐(zuo)標(biao)係(xi)是(shi)相(xiang)對(dui)於(yu)六(liu)軸(zhou)不(bu)動(dong)，但(dan)是(shi)實(shi)際(ji)機(ji)器(qi)人(ren)六(liu)軸(zhou)會(hui)不(bu)停(ting)動(dong)作(zuo)

，這(zhe)個(ge)坐(zuo)標(biao)係(xi)也(ye)就(jiu)跟(gen)隨(sui)6軸實時變換！

工具坐標係

我們常說的機器人在什麼位置，坐標數據是多少
？實際就是工具坐標係（TCP）原點在基坐標係或者用戶坐標係下的X、Y
、Z
、A、B、C的數值，X
、Y、Z就是坐標係的三個坐標軸，A、B
、C是以工具坐標係原點（TCP）為旋轉中心，繞坐標係X，繞Y，繞Z旋轉的角度數據（有的機器人,比如KUKA旋轉是A、B、C對應繞Z，繞Y
，繞X；標準歐拉角也是ZYX這樣旋轉的。），這裏注意這個旋轉中心
，機器人都用歐拉角，它的旋轉中心是TCP，不是繞著基坐標或者用戶坐標的軸旋轉
，這裏說的繞X旋轉，其實是把坐標係平移到TCP位置
，再繞坐標係X旋轉！懂向量的就很容易理解為什麼這樣了，因為轉換計算都是單位向量矩陣的形式！

怎麼得到TCP的呢
？其實也和不會變的基坐標有很大關係
，確定了基坐標，基坐標的Z軸可以想象成一軸電機的旋轉軸，一軸電機的零點就可以確定X和Y方向
，這樣就把一軸的關節坐標數據轉換成笛卡爾XYZ坐標係的形式！tongyangdedaoli，erzhoudedianjixiangduiyuyizhoujixieweizhihelingdianyeshigudingde，tongguojixiecanshujiukeyibaerzhoudeguanjieyezhuanhuanchengzuobiaoxixingshi，sanzhouxiangduiyuerzhou，sizhouxiangduiyusanzhou，wuzhouxiangduiyusizhou，liuzhouxiangduiyuwuzhou
，doushiyouxiangduiweizhihelingdiangudingbubiandeqingkuang，zhegejiushi6軸串聯機器人，這樣一軸一軸轉換到六軸，六軸再轉換到工具（焊槍或抓手）上，得出的坐標係就是相對於六軸固定不變的工具坐標係也就是TCP，如下圖。

TCP計算圖示

關節坐標係

關節坐標係

這個坐標係 很簡單，就是六個電機的旋轉角度！在關節坐標下，我們通過改變六個電機的數據
，單獨動作每個關節！實際它的最大用處是逆運算
，也就是我們用用戶坐標係或者基坐標係加TCP運動機器人的時候
，機器人內部要把坐標係的數據，反推成六個關節電機的數據，這個非常複雜
，而且解還不是唯一的（我上一篇裏講的機器人姿態參數），這裏就不細說了，以後有空單獨講！

所以說，機器人最重要的坐標係其實就是（基）坐標係。

機器人還有一些坐標係相關的延伸應用

例如
，外部TCP，連續軌跡，圓滑過渡這些!

我講個外部TCP的程序原理，其它的應用多數是標準應用，不需要更改啥，但是外部TCP用的比較多，有的需要在標準外部TCP的程序基礎上做些改進

，以滿足現場需求！

啥是外部TCP呢
？我們前麵所說的TCP（工具坐標係），可以理解成機器人的旋轉中心，你拿著焊槍的時候，把TCP定(ding)義(yi)在(zai)槍(qiang)尖(jian)
，機(ji)器(qi)人(ren)旋(xuan)轉(zhuan)就(jiu)會(hui)繞(rao)著(zhe)槍(qiang)尖(jian)轉(zhuan)
，機(ji)器(qi)人(ren)角(jiao)度(du)動(dong)作(zuo)而(er)槍(qiang)尖(jian)位(wei)置(zhi)不(bu)動(dong)，這(zhe)樣(yang)對(dui)於(yu)焊(han)接(jie)需(xu)要(yao)拐(guai)彎(wan)的(de)時(shi)候(hou)特(te)別(bie)有(you)用(yong)，焊(han)槍(qiang)拐(guai)彎(wan)了(le)，但(dan)是(shi)焊(han)絲(si)還(hai)在(zai)焊(han)接(jie)位(wei)置(zhi)，不(bu)會(hui)跑(pao)偏(pian)！

外部TCP正好是和TCP相(xiang)反(fan)的(de)操(cao)作(zuo)，如(ru)果(guo)焊(han)槍(qiang)沒(mei)有(you)裝(zhuang)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)上(shang)
，機(ji)器(qi)人(ren)是(shi)拿(na)著(zhe)工(gong)件(jian)去(qu)焊(han)接(jie)的(de)
，那(na)你(ni)把(ba)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)中(zhong)心(xin)定(ding)義(yi)在(zai)哪(na)裏(li)好(hao)呢(ne)
，定(ding)義(yi)在(zai)哪(na)裏(li)都(dou)不(bu)行(xing)，如(ru)果(guo)定(ding)義(yi)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)隻(zhi)能(neng)繞(rao)著(zhe)定(ding)義(yi)那(na)個(ge)TCP位置旋轉，但是焊接軌跡是移動的
，移動到其它位置你再旋轉，機器人固定的焊槍就不在焊接軌跡上了，嚴重的會碰撞！

外部TCP的算法原理是這樣的：

比如我知道第一個焊接點位
，根據點位的坐標齊次變換算出一個TCP
，TCP和這個焊接點位重合。

焊接移動過程中的下一個點位坐標換算出新的TCP，和當前點位重合。這樣每個點位自動生成一個TCP
，比如焊接100mm長的焊縫
，機器人內部算法把這100mm，分割成10000份，每份都有個TCP，這樣就實現了TCP的動態賦值，也就是外部TCP的原理了！

總結一下：

基座標是固定不動的

，可以換算出用戶坐標和工具坐標
；其它的外部TCP屬於擴展應用，離不開前麵三種坐標係！

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

高能效、小外形的240W電源適配器參考設計

高功率降壓轉換的散熱評估測試原理概述

電源模塊輸出為何振蕩
？

應對汽車ADAS電源管理設計挑戰，誰是你心儀的“芯”方案？

ADI助力變送器從傳統環路供電到工業4.0智能化轉變