机器人坐标关系

机器人坐标变换原理机器人坐标变换是机器人控制中的一个重要概念，它涉及到机器人在不同坐标系下的定位和运动控制。

机器人通常使用多个坐标系来描述其运动和操作，如世界坐标系、基座坐标系、工具坐标系等。

机器人坐标变换的原理基于坐标系之间的关系和变换矩阵的计算。

下面从多个角度来解释机器人坐标变换的原理。

1. 机器人坐标系，机器人通常由多个关节组成，每个关节都有自己的坐标系。

机器人的末端执行器也有自己的坐标系。

这些坐标系之间通过关节运动相互连接，形成了机器人的整体坐标系。

2. 坐标系关系，机器人的坐标系之间存在着一定的关系，如基座坐标系与世界坐标系之间的关系、工具坐标系与末端执行器坐标系之间的关系等。

这些关系可以通过变换矩阵来描述。

3. 变换矩阵，变换矩阵是用于描述坐标系之间关系的数学工具。

对于二维情况，变换矩阵是一个2x2的矩阵，对于三维情况，变换矩阵是一个4x4的矩阵。

变换矩阵包含了平移、旋转和缩放等变换信息。

4. 坐标变换过程，机器人坐标变换的过程可以分为两个步骤，前向变换和逆向变换。

前向变换是从基座坐标系到末端执行器坐标系的变换，逆向变换是从末端执行器坐标系到基座坐标系的变换。

5. 坐标变换公式，机器人坐标变换的公式可以通过矩阵乘法来表示。

对于前向变换，可以使用连续的变换矩阵相乘的方式计算末端执行器坐标系相对于基座坐标系的变换。

对于逆向变换，可以使用逆矩阵的方式计算基座坐标系相对于末端执行器坐标系的变换。

总结起来，机器人坐标变换的原理是基于坐标系之间的关系和变换矩阵的计算。

通过变换矩阵的乘法和逆矩阵的运算，可以实现机器人在不同坐标系下的定位和运动控制。

这种坐标变换的原理在机器人控制中起着重要的作用，能够帮助机器人实现复杂的任务和精确的定位。

ABB机器人坐标系说明介绍
ABB机器人坐标系有两种常见的表示方法：基坐标系和工具坐标系。

基坐标系是机器人工具初始位置的坐标系，而工具坐标系是相对于基坐标系的局部坐标系，用于描述机器人末端工具的位置和姿态。

基坐标系和工具坐标系的选择取决于机器人执行任务的需求。

在ABB机器人坐标系中，末端执行器的位置由坐标(x, y, z)表示，其中x代表机器人执行器相对于基坐标系的x轴的位置，y代表相对于基坐标系的y轴的位置，z代表相对于基坐标系的z轴的位置。

姿态（Orientation）用四元数（quaternion）或欧拉角表示，四元数由实部和虚部构成，通常以(α, β, γ)表示，其中α代表绕机器人基坐标系的x轴旋转的角度，β代表绕机器人基坐标系的y轴旋转的角度，γ代表绕机器人基坐标系的z轴旋转的角度。

在机器人任务执行过程中，需要经常转换机器人末端执行器在不同坐标系下的位置和姿态。

其中，基坐标系到工具坐标系的转换需要考虑到机器人末端执行器与工具之间的距离和相对方向的关系。

转换后的坐标系可以根据具体需求进行重新定义，如改变坐标轴的方向或位置。

另外，ABB机器人还提供了一种重要的坐标系转换方法，即关节坐标系。

在关节坐标系中，机器人的位置和姿态是相对于每个关节点的旋转角度。

关节坐标系不受运动学约束，可以更灵活地描述机器人的运动状态。

机器人4大坐标系讲解
机器人的坐标系，你知道多少？真的会使用坐标系吗？下面我来带你来剖析机器人的坐标系吧！（以ABB机器人举例说明）
1. 基坐标系
基坐标系是以机器人安装基座为基
准、用来描述机器人本体运动的直角坐标系。

任何机器人都离不开基坐标系，也是机器人TCP在三维空间运动空间所必须的基本坐标系（面对机器人前后：X轴，左右：Y轴，上下：Z轴）。

坐标系遵守右手准则：
2. 大地坐标系
大地坐标系：大地坐标系是以大地作为参考的直角坐标系。

在多个机器人联动的和带有外轴的机器人会用到，90%的大地坐标系与基坐标系是重合的。

但是在以下两种情况大地坐标系与基坐标系不重合：
（1）机器人倒装。

如图1-0，倒装机器人的基坐标与大地坐标Z轴的方向是相反，机器人可以倒过来，但是大地却不可以倒过来。

（2）带外部轴的机器人。

如图1-1，大地坐标系固定好位置，而基坐标系却可以随着机器人整体的移动而移动。

3. 工具坐标系
工具坐标系：是以工具中心点作为零点，机器人的轨迹参照工具中心点，不再是机器人手腕中心点Tool0（如图1-2）了，而是新的工具中心点（如图1-3）。

工业机器人的五个坐标系在工业机器人领域，坐标系是用来描述机器人末端执行器（或工具）在空间中的位置和姿态的框架。

为了确保机器人的准确性和一致性，通常会使用一系列标准的坐标系。

以下是工业机器人领域中最常用的五个坐标系：1、笛卡尔坐标系：在三维空间中，笛卡尔坐标系使用三个相互垂直的坐标轴（X、Y、Z），以及三个相互垂直的旋转轴（Rx、Ry、Rz）。

这种坐标系常用于描述机器人在空间中的位置和姿态，以及机器人末端执行器的位置和姿态。

2、极坐标系：极坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和高度（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。

这种坐标系常用于路径规划、路径插补和机器人运动学分析。

3、圆柱坐标系：圆柱坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和垂直距离（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。

这种坐标系常用于描述机器人在圆柱体或球体等形状上的路径和姿态。

4、球坐标系：球坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和极角（φ）来描述机器人在空间中的位置和姿态。

这种坐标系常用于描述机器人在球体或类似形状上的路径和姿态。

5、工具坐标系：工具坐标系是一种以机器人末端执行器（或工具）为中心的坐标系，它使用工具的几何中心作为原点，并使用三个旋转轴（Rx、Ry、Rz）来描述工具的空间姿态。

这种坐标系常用于机器人运动学建模、路径规划和机器人控制等方面。

这些坐标系在工业机器人领域中具有广泛的应用，它们为机器人控制、路径规划和运动学建模提供了方便的框架。

根据实际应用场景的不同，选择合适的坐标系可以有效地提高机器人的精度和效率。

ABB工业机器人操作和坐标系一、引言在现代化的制造和自动化流程中，工业机器人扮演着关键的角色。

它们被广泛应用于各种复杂任务，从装配到质量检测，从搬运到喷漆，无所不能。

ABB集团作为全球领先的机器人技术提供商，其产品广泛应用于全球的各个行业。

ABB机器人坐标系说明介绍机器人坐标系通常由四个主要部分组成：基坐标系（BaseCoordinate System）、工具坐标系（Tool Coordinate System）、工件坐标系（Work Object Coordinate System）和用户坐标系（User Coordinate System）。

基坐标系是机器人运动的参考坐标系，通常情况下与机器人的机床底座或安装平台相重合。

所有机器人的运动和位置都是相对于基坐标系来描述的。

工具坐标系是机器人末端执行器的坐标系，用于描述机器人末端执行器的姿态和相对位置。

通常情况下，工具坐标系的原点位于末端执行器的中心位置，坐标轴与末端执行器的运动方向一致。

工件坐标系是机器人工作过程中需要控制的工件的坐标系。

它通常是由工件表面的一个特定点确定的，并且随着工件的移动而改变。

用户坐标系是机器人操作人员根据任务需求灵活定义和控制的坐标系。

它可以用于指定机器人的起点和终点位置，或者用于编程和轨迹规划中的特定任务需求。

机器人坐标系之间的转换关系通常通过坐标系变换矩阵来描述。

该矩阵不仅包含位置信息，还包含姿态信息。

可以使用旋转矩阵和平移向量来表示变换矩阵。

通过将坐标系变换矩阵与相应的坐标系关系相乘，可以实现机器人的导航和运动控制。

机器人坐标系在机器人应用中有广泛的应用。

例如，在轨迹规划中，可以使用机器人坐标系来定义起始点和目标点，并通过插值方法生成平滑的运动轨迹。

在装配任务中，可以使用机器人坐标系来定义工具和工件的相对位置，实现精确的装配过程。

此外，机器人坐标系还可以与外部传感器和测量仪器进行数据融合，实现复杂的工件定位和姿态控制。

通过在机器人坐标系上定义检测点和目标点，可以实现高精度和高重复性的检测和加工过程。

总之，ABB机器人坐标系是机器人运动控制的基础，它定义了机器人的运动参考系，支持机器人的精确定位和轨迹规划。

通过有效地使用机器人坐标系，可以提高机器人的工作效率和精度，实现更多复杂的任务应用。

工业机器人常用的四种坐标系1 机器人坐标系工业机器人的坐标系是指用于控制机器人运动的坐标系，常用的有四种坐标系，即机器人基座坐标系、世界坐标系、末端坐标系和用户定义的坐标系。

2 机器人基座坐标系机器人基座坐标系（Base Coordinate System，BCS）一般是机器人的起点，也就是位于机器人的基座上，可以理解为机器人“抓取”东西时的测量和控制参考系，以及机器人坐标到世界坐标转换的参考系。

起始点可以通过编程人员在机器人程序上定义或使用具有软件的机器人控制器交互进行定位。

3 世界坐标系世界坐标系（World Coordinate System，WCS）是在机器人程序执行时定义的机器人环境中一个参考系，任何在机器人程序中定义的位置总是以世界坐标系为参照系定义的，以这个坐标系来表示机器人完成动作的最终目标点。

4 末端坐标系末端坐标系（TCP，Tool Centre Point）位于机器人末端，是坐标系统上机器人末端位置的参考系。

末端坐标系位于关节空间的终点，跟踪机器人的最终位置，用于控制器知道完成多个任务时，机器人头部位置的正确性。

此外，末端坐标系还可以用于关节运动时的夹持物体的位置定义及控制。

5 用户定义的坐标系用户定义的坐标系（User defined Coordinate System，UCS）由程序员在机器人程序中定义，有时也称为临时坐标系，以满足特定程序规划及定位运动任务的需要。

程序员可以自定义各种用户坐标系，通过建立坐标系与世界坐标系之间的关系，来完成更复杂的任务定位与控制，例如在组装任务中检查某一样件的位置相对与主体的关系等。

在控制机器人运动时，机器人的正确性定位及动作的精确性取决于机器人坐标系的准确性，上文介绍了四种机器人常用的机器人坐标系，他们非常适用于机器人程序规划定位及控制任务，能够将复杂的机器人运动任务优化，以及正确定位指令。

⼯业机器⼈的⼯具坐标系、⼯件坐标系、世界坐标系标定第3章机器⼈的坐标系及标定机器⼈的坐标系是机器⼈操作和编程的基础。

⽆论是操作机器⼈运动，还是对机器⼈进⾏编程，都需要⾸先选定合适的坐标系。

机器⼈的坐标系分为关节坐标系、机器⼈坐标系、⼯具坐标系、世界坐标系和⼯件坐标系。

通过本章的内容，掌握这⼏种坐标系的含义其标定⽅法。

3.1 实验设备六⾃由度机器⼈3.2 机器⼈的坐标系对机器⼈进⾏轴操作时，可以使⽤以下⼏种坐标系：（1）关节坐标系—ACS（Axis Coordinate System）关节坐标系是以各轴机械零点为原点所建⽴的纯旋转的坐标系。

机器⼈的各个关节可以独⽴的旋转，也可以⼀起联动。

（2）机器⼈（运动学）坐标系—KCS（Kinematic Coordinate System）机器⼈（运动学）坐标系是⽤来对机器⼈进⾏正逆运动学建模的坐标系，它是机器⼈的基础笛卡尔坐标系，也可以称为机器⼈基础坐标系或运动学坐标系，机器⼈⼯具末端（TCP）在该坐标系下可以进⾏沿坐标系X轴、Y轴、Z轴的移动运动，以及绕坐标系轴X轴、Y轴、Z轴的旋转运动。

（3）⼯具坐标系—TCS（Tool Coordinate System）将机器⼈腕部法兰盘所持⼯具的有效⽅向作为⼯具坐标系Z轴，并把⼯具坐标系的原点定义在⼯具的尖端点（或中⼼点）TCP（TOOL CENTER POINT）。

但当机器⼈末端未安装⼯具时，⼯具坐标系建⽴在机器⼈的法兰盘端⾯中⼼点上，Z轴⽅向垂直于法兰盘端⾯指向法兰⾯的前⽅。

当机器⼈运动时，随着⼯具尖端点（TCP）的运动，⼯具坐标系也随之运动。

⽤户可以选择在⼯具坐标系下进⾏⽰教运动。

TCS坐标系下的⽰教运动包括沿⼯具坐标系的X轴、Y轴、Z轴的移动运动，以及绕⼯具坐标系轴X轴、Y轴、Z轴的旋转运动。

（4）世界坐标系—WCS（World Coordinate System）世界坐标系是空间笛卡尔坐标系。

运动学坐标系和⼯件坐标系的建⽴都是参照世界坐标系建⽴的。