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(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軸位置控制一般用來(lái)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(guò)基本移動(dòng)指令控制。基本移動(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(cè)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(guò)專門(mén)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(duì)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)軸的控制，需要對(duì)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(zhǎng)度（length_of_lower_arm、length_of_upper_arm）以及手腕長(zhǎng)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(duì)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(lái)控制機(jī)器人TCP和工件（或基準(zhǔn)）的相對(duì)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(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)機(jī)器人基座的整體移動(dòng)，可使TCP和大地產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)工件的整體運(yùn)動(dòng)，可使TCP和工件產(chǎn)生相對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(shuō)明書(shū)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(shuō)明書(shū)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(lái)控制機(jī)器人TCP和機(jī)器人基座的相對(duì)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(duì)應(yīng)的機(jī)器人就成為系統(tǒng)的控制對(duì)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(lái)控制機(jī)器人基座及TCP和大地的相對(duì)運(yùn)動(dòng)�；�座單元一旦選定，機(jī)器人變位器就成為系統(tǒng)的控制對(duì)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(lái)控制機(jī)器人TCP和工件的相對(duì)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(duì)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(guò)生效/撤銷機(jī)械單元來(lái)改變系統(tǒng)的控制對(duì)象。

　　在ABB機(jī)器人中，機(jī)械單元（控制軸組）可通過(guò)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(guò)機(jī)械單元啟用/停用指令，來(lái)/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(guò)三維笛卡爾直角坐標(biāo)系來(lái)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(shuō)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(lái)描述物體相對(duì)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(duì)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(lái)描述機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系�；�座坐標(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(kāi)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(kāi)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(guò)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(wú)需對(duì)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(lái)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

　　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(lái)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(guò)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(wú)需對(duì)程序進(jìn)行其他修改。

　　在RAPID程序中，用戶坐標(biāo)系可通過(guò)工件數(shù)據(jù)（wobjdata）定義，有關(guān)內(nèi)容詳見(jiàn)后述。對(duì)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(duì)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(lái)描述TCP運(yùn)動(dòng)的虛擬笛卡爾坐標(biāo)系。通過(guò)建立工件坐標(biāo)系，機(jī)器人需要對(duì)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(wú)需對(duì)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(duì)于工具固定、機(jī)器人用于工件移動(dòng)的作業(yè)，必須通過(guò)工件坐標(biāo)系來(lái)描述TCP與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

　　在RAPID程序中，工件坐標(biāo)系同樣需要通過(guò)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(wú)需另行設(shè)定工件坐標(biāo)系。