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科普 | 一文了解工業機器人的軸與坐標系

導語

隨著社會進步、科技發展,工業機器人的應用也越來越普遍。由于其種類眾多、運動軸與坐標系也很多,確定起來容易出錯,對于新手尤其如此。本文主要介紹了工業機器人運動軸的命名、坐標系的確定原則及其常用種類,小編和您一起來了解一下。


【工業機器人的運動軸】

工業生產中的機器人,一般需要配備除了自身性能特點的外圍設備,如翻轉變位機、回轉工作平臺、水平移動平臺等。這些外圍設備的運動和位置控制都需要與工業機器人相配合并要求相應精度。通常機器人運動軸按其功能可劃分為機器人軸、基座軸和工裝軸,基座軸和工裝軸統稱外部軸。

● 機器人軸:是指機器人本體的軸,目前商用的工業機器人大多以6軸為主。
● 基座軸:是使機器人移動軸的總稱,主要指行走軸( 移動滑臺或導軌)。
● 工裝軸:是除機器人軸、基座軸以外軸的總稱,指使工件、工裝夾具翻轉和回轉的軸,如回轉臺、翻轉臺等。

實際生產中常用的是6關節工業機器人,該操作機有6個可活動的關節(軸)。下圖為常見工業機器人本體運動軸的定義,值得注意的是,不同的工業機器人本體運動軸的定義也不同。用于保證末端執行器達到工作空間任意位置的軸稱為基本軸或主軸;用于實現末端執行器任意空間姿態的軸,稱為腕部軸或次軸。

【如何理解工業機器人坐標系?】


機器人程序中所有點的位置都和坐標系關聯,同時這個坐標系也可能和另一個坐標系關聯。
機器人的各種坐標系都由正交的右手定則來決定,如下圖所示:

● 當圍繞平行于X 、Y 、 Z 軸線的各軸旋轉時,分別定義為C 、B 、A 。
● C 、B 、A 的正方向分別是X 、Y 、Z 正方向上右手螺旋前進的方向。

那么常用的坐標系有哪些呢?常用的坐標系包括:絕對坐標系、機座坐標系、機械接口坐標系和工具坐標系。

  >>>> 絕對坐標系>>>>>  

絕對坐標系(也稱大地坐標系)與機器人的運動無關,以地球為參照系的固定坐標系(見下圖左),符號為O 0、X 0、Y 0、Z 0。原點O 0、+X 0軸由用戶根據需要來確定;+Z 0軸與重力加速度的矢量共線,但方向相反。

  >>>> 基座坐標系>>>>>  
機座坐標系是以機器人機座安裝平面為參照系的坐標系,符號為O 1、X 1、Y 1、Z 1(見上圖右)。原點O 1由機器人制造廠規定;+Z 1軸垂直于機器人機座安裝面,指向機器人機體;X1軸方向由原點指向機器人工作空間中心點。

  >>>> 用戶坐標系>>>>>  
機器人可以和不同的工作臺或夾具配合工作, 在每個工作臺上建立一個用戶坐標系。機器人大部分采用示教編程的方式,步驟繁瑣,對于相同工件,若放置在不同工作臺進行操作,不必重新編程,只需相應地變換到當前用戶坐標系下。用戶坐標系在基坐標系或者世界坐標系下建立。

  >>>> 機械接口坐標系>>>>>  
機械接口坐標系是以機械接口為參照系,符號為O m、X m、Y m、Z m(見上圖右)。原點O m是機械接口的中心;+Z m軸的方向垂直于機械接口中心,并由此指向末端執行器;+X m軸由機械接口平面和X 1、Z 1平面的交線來定義,同時機器人的主、副關節軸處于運動范圍的中間位置。當機器人構造不能實現此約定時,應由制造廠規定主關節軸位置。+X m軸的指向遠離Z 1軸。

  >>>> 工具坐標系>>>>>  
工具坐標系以安裝在機械接口上的末端執行器為參照系,符號為O t、X t、Y t、Z t(見下圖)。原點O t是工具中心點(TCP);+Zt軸與工具有關,通常是工具指向;在平板式夾爪型夾持器夾持時,+Y t是手指運動平面的方向。

 

【總結】

由于工業機器人品種眾多,每種工業機器人的坐標系也很多,其命名、確定方式雖然有標準,但是有的生產廠家又不按標準執行, 各有各的叫法。在實際生產應用時就顯得混亂麻煩。本文主要介紹了工業機器人坐標軸命名與常用坐標系的確定,以期對使用者有所幫助。
 


●●● END ●●●

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(山東、河南、湖北)

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【工業機器人的運動軸】

工業生產中的機器人,一般需要配備除了自身性能特點的外圍設備,如翻轉變位機、回轉工作平臺、水平移動平臺等。這些外圍設備的運動和位置控制都需要與工業機器人相配合并要求相應精度。通常機器人運動軸按其功能可劃分為機器人軸、基座軸和工裝軸,基座軸和工裝軸統稱外部軸。

● 機器人軸:是指機器人本體的軸,目前商用的工業機器人大多以6軸為主。
● 基座軸:是使機器人移動軸的總稱,主要指行走軸( 移動滑臺或導軌)。
● 工裝軸:是除機器人軸、基座軸以外軸的總稱,指使工件、工裝夾具翻轉和回轉的軸,如回轉臺、翻轉臺等。

實際生產中常用的是6關節工業機器人,該操作機有6個可活動的關節(軸)。下圖為常見工業機器人本體運動軸的定義,值得注意的是,不同的工業機器人本體運動軸的定義也不同。用于保證末端執行器達到工作空間任意位置的軸稱為基本軸或主軸;用于實現末端執行器任意空間姿態的軸,稱為腕部軸或次軸。

【如何理解工業機器人坐標系?】


機器人程序中所有點的位置都和坐標系關聯,同時這個坐標系也可能和另一個坐標系關聯。
機器人的各種坐標系都由正交的右手定則來決定,如下圖所示:

● 當圍繞平行于X 、Y 、 Z 軸線的各軸旋轉時,分別定義為C 、B 、A 。
● C 、B 、A 的正方向分別是X 、Y 、Z 正方向上右手螺旋前進的方向。

那么常用的坐標系有哪些呢?常用的坐標系包括:絕對坐標系、機座坐標系、機械接口坐標系和工具坐標系。

  >>>> 絕對坐標系>>>>>  

絕對坐標系(也稱大地坐標系)與機器人的運動無關,以地球為參照系的固定坐標系(見下圖左),符號為O 0、X 0、Y 0、Z 0。原點O 0、+X 0軸由用戶根據需要來確定;+Z 0軸與重力加速度的矢量共線,但方向相反。

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機座坐標系是以機器人機座安裝平面為參照系的坐標系,符號為O 1、X 1、Y 1、Z 1(見上圖右)。原點O 1由機器人制造廠規定;+Z 1軸垂直于機器人機座安裝面,指向機器人機體;X1軸方向由原點指向機器人工作空間中心點。

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  >>>> 工具坐標系>>>>>  
工具坐標系以安裝在機械接口上的末端執行器為參照系,符號為O t、X t、Y t、Z t(見下圖)。原點O t是工具中心點(TCP);+Zt軸與工具有關,通常是工具指向;在平板式夾爪型夾持器夾持時,+Y t是手指運動平面的方向。

 

【總結】

由于工業機器人品種眾多,每種工業機器人的坐標系也很多,其命名、確定方式雖然有標準,但是有的生產廠家又不按標準執行, 各有各的叫法。在實際生產應用時就顯得混亂麻煩。本文主要介紹了工業機器人坐標軸命名與常用坐標系的確定,以期對使用者有所幫助。
 


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