想學(xué)好工業(yè)機器人就要熟悉機器人的控制，工業(yè)機器人基本靠控制運動軸位置和電磁元件通斷來進行運動。運動軸位置控制一般用來改變工具作業(yè)點，它可驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)運動或機器人、工件的整體移動；在機器人應(yīng)用程序中，運動軸位置可通過基本移動指令控制�；�本移動指令屬于通用指令，只要機器人的控制系統(tǒng)相同，即使工業(yè)機器人的用途有所區(qū)別，但移動指令的格式、編程要求仍一致。

　　部分工業(yè)機器人可能還包含特殊的運動軸位置控制要求，例如，點焊機器人的伺服焊鉗控制、分揀機器人的同步跟蹤控制、探測機器人的傳感器引導(dǎo)運動和攝像控制等。此類機器人的控制系統(tǒng)通常需要選配特殊功能，并通過專門的RAPID移動指令進行控制。

　　多關(guān)節(jié)機器人的運動復(fù)雜，為了實現(xiàn)對機器人本體運動軸的控制，需要對機器人的工具參考點（Tool Reference Point，TRP）位置進行定義，以便建立其運動控制模型。

　　例如，在圖示的6軸串聯(lián)機器人上，TRP就是機器人手腕上的工具安裝法蘭中心點。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、上臂長度（length_of_lower_arm、length_of_upper_arm）以及手腕長度（length_of_wrist）等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　結(jié)構(gòu)參數(shù)是機器人運動控制的前提條件，且與機器人結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，故需要機器人生產(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)啟動時自動加載，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、設(shè)定工具數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)位置。工業(yè)機器人的工具作業(yè)點又稱為工具控制點（Tool Control Point，TCP）或工具中心點（Tool Center Point，TCP），它是機器人關(guān)節(jié)、直線、圓弧插補等移動指令的控制對象，指令中的起點、終點就是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，TCP就是TRP。

　　機器人作業(yè)程序中的移動指令大多用來控制機器人TCP和工件（或基準(zhǔn)）的相對運動， TCP的位置取決于機械部件的運動。例如，通過機器人本體的運動，可使TCP和機器人基座產(chǎn)生相對運動；通過機器人基座的整體移動，可使TCP和大地產(chǎn)生相對運動；通過工件的整體運動，可使TCP和工件產(chǎn)生相對運動等。

　　可驅(qū)動機器人TCP運動的運動軸眾多、組成形式多樣，簡單系統(tǒng)可能只有單一的機器人本體運動；復(fù)雜機系統(tǒng)可能需要控制多個機器人以及機器人變位器、工件變位器等諸多輔助部件運動。例如，下圖所示的雙機器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，實際上包含機器人1、機器人2、機器人變位器、工件變位器共4個運動部件。

　　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)機械部件的功能與用途，對運動軸進行分組管理，將系統(tǒng)分為若干個具有獨立功能和若干個運動軸的基本運動單元。在ABB機器人說明書中，將這樣的單元稱為機械單元（Mechanical unit）；而在安川等公司生產(chǎn)的機器人說明書中，則將其稱為“控制軸組”。

　　工業(yè)機器人系統(tǒng)的運動軸一般可分為機器人單元（機器人軸組）、基座單元（基座軸組）和工裝單元（工裝軸組）3類。

　　01機器人單元

　　機器人軸是用于機器人本體運動控制的坐標(biāo)軸，用來控制機器人TCP和機器人基座的相對運動。在多機器人控制系統(tǒng)上，可分為機器人1（ROB_1）、機器人2 （ROB_2）等多個軸組（單元）；機器人單元一旦選定，對應(yīng)的機器人就成為系統(tǒng)的控制對象。

　　02基座單元

　　基座軸是驅(qū)動機器人安裝基座、實現(xiàn)機器人整體變位的輔助運動軸，用來控制機器人基座及TCP和大地的相對運動�；�座單元一旦選定，機器人變位器就成為系統(tǒng)的控制對象。

　　03工裝單元

　　工裝軸是驅(qū)動工裝運動、實現(xiàn)工件整體變位的輔助運動軸，用來控制機器人TCP和工件的相對運動。工裝單元一旦選定，工件變位器就成為系統(tǒng)的控制對象。

　　機器人軸是系統(tǒng)的基本運動軸，任何工業(yè)機器人都具備；基座軸、工裝軸是用于機器人、工件整體移動的輔助軸，當(dāng)系統(tǒng)配置有變位器時需要使用。在工業(yè)機器人系統(tǒng)中，基座軸、工裝軸統(tǒng)稱為“外部軸”或“外部關(guān)節(jié)”（extjoint）。

　　同一機械單元的所有運動軸可進行成組管理。機器人操作或編程時，可根據(jù)需要，通過生效/撤銷機械單元來改變系統(tǒng)的控制對象。

　　在ABB機器人中，機械單元（控制軸組）可通過系統(tǒng)參數(shù)定義，不同的機械單元需要定義不同的名稱。在RAPID程序中，可通過機械單元啟用/停用指令，來/關(guān)閉指定機械單元全部運動軸的伺服驅(qū)動器，使該機械單元的運動軸處于實時位置控制狀態(tài)，或處于保持位置不變的伺服鎖定狀態(tài)。

　　機器人TCP的運動需要通過三維笛卡爾直角坐標(biāo)系來描述。在ABB機器人中，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，說明如下。

　　大地坐標(biāo)系

　　大地坐標(biāo)系（World coordinates）有時被譯為“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，可用來描述物體相對于地面的運動。在多機器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)或使用機器人變位器的系統(tǒng)中，為了確定機器人（基座）的位置，需要建立大地坐標(biāo)系。此外，如機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，地面垂直安裝的機器人基座坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的方向一致，因此，對于常用的、地面垂直安裝的單機器人系統(tǒng)，系統(tǒng)默認為大地坐標(biāo)系和基座坐標(biāo)系重合，此時，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）亦稱為機器人坐標(biāo)系，它是以機器人安裝基座為基準(zhǔn)、用來描述機器人本體運動的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系�；�座坐標(biāo)系是描述機器人TCP在三維空間運動所必需的基本坐標(biāo)系，機器人的手動操作、程序自動運行、加工作業(yè)都離不開基座坐標(biāo)系，因此，任何機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，手腕離開機器人向外方向為X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)）。通過建立工具坐標(biāo)系，機器人使用不同的工具作業(yè)時，只需要改變工具坐標(biāo)系（工具數(shù)據(jù)tooldata），就能保證TCP到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　機器人手腕上的工具安裝法蘭面和中心點是工具的安裝定位基準(zhǔn)。以工具安裝法蘭中心點（TRP）為原點、垂直工具安裝法蘭面向外的方向為Z軸正向、手腕向機器人外側(cè)運動的方向為X軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系，稱為機器人的手腕基準(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、以工具接近工件方向為Z軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系；常用的點焊、弧焊機器人的工具坐標(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)來描述TCP運動的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系，通常用于工裝移動協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)或多工位作業(yè)系統(tǒng)。

　　通過建立用戶坐標(biāo)系，機器人在不同工位進行相同作業(yè)時，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到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　在RAPID程序中，用戶坐標(biāo)系可通過工件數(shù)據(jù)（wobjdata）定義，有關(guān)內(nèi)容詳見后述。對于通常的工件固定、機器人移動工具作業(yè)，用戶坐標(biāo)系以大地坐標(biāo)系為基準(zhǔn)建立；對于工具固定、機器人移動工件作業(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)來描述TCP運動的虛擬笛卡爾坐標(biāo)系。通過建立工件坐標(biāo)系，機器人需要對不同工件進行相同作業(yè)時，只需要改變工件坐標(biāo)系，就能保證工具TCP到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　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。對于工具固定、機器人用于工件移動的作業(yè)，必須通過工件坐標(biāo)系來描述TCP與工件的相對運動。

　　在RAPID程序中，工件坐標(biāo)系同樣需要通過工件數(shù)據(jù)（wobjdata）定義；如果機器人僅用于單工件作業(yè)，系統(tǒng)默認用戶坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系重合，無需另行設(shè)定工件坐標(biāo)系。