工业机器人技术基础及应用：坐标系的位置与方向PPT教学课件.pptx
单元3坐标系的位置与方向
目录
CONTENTS
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
一、工业机器人操作
技术实践：完成教材中的操作，使工业机器人的操作臂利用真空抓手（工具）从给料台上抓取工件，然后将工件放置到码垛台上。
工业机器人操作指通过操作臂使工件和工具在工作空间中运动。
图3-1工业机器人码垛
图3-3工业机器人的操作臂抓取工件
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
二、工业机器人坐标系的定义及分类
1.关节坐标系
关节坐标系用于工业机器人关节轴的实际运动控制，它用来规定工业机器人关节的最大回转速度、最大回转范围等基本参数。
腰回转轴J1
下臂摆动轴J2
上臂摆动轴J3
腕回转轴J4
腕摆动轴J5
手回转轴J6
图3-4关节坐标系
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
二、工业机器人坐标系的定义及分类
2.直角坐标系
操作臂的工作空间通常是三维空间。为了方便操作和编程，可以用直角坐标系来描述三维空间。直角坐标系又称为笛卡儿坐标系，它实际上是一个用数学来定义的坐标系。
笛卡儿坐标系的主轴X、Y、Z相互垂直并相交于一点（原点），三个主轴的正方向设置遵循右手法则，分别用红、绿和蓝三种颜色来标明X、Y、Z轴。
图3-6右手法则
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
技术实践：完成教材中的操作，在三维空间中建立笛卡儿坐标系。
直角坐标系
工具坐标系
用户坐标系
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
二、工业机器人坐标系的定义及分类
3.三维空间中物体的位置和方向
工业机器人的任何操作都是在三维空间中改变工具和工件的位置和方向。位置和方向统称为位姿。
通常将坐标系附加在物体上，用坐标系的位姿来描述物体的位姿。坐标系原点位置代表坐标系在空间中的位置，坐标系三个主轴的方向代表坐标系的方向。
技术实践：完成教材中的操作，为物体建立坐标系，使坐标系原点位于几何体的中心。
技术实践：完成教材中的操作，为操作臂的连杆、工具、工件建立坐标系。
3.1坐标系
单元3坐标系的位置与方向
二、工业机器人坐标系的定义及分类
4.世界坐标系、参考坐标系和标准坐标系
通常定义一个世界坐标系，又称为绝对坐标系，它可视为与地球固连并处于静止状态，可作为工业机器人工作空间中所有坐标系位姿的统一参考坐标系。
在操作臂的工作空间中存在多个坐标系，任何一个坐标系都可作为其他坐标系位姿的参照，称为参考坐标系。
技术实践：完成教材中的操作，观察工业机器人工作站坐标系的组成，并建立工业机器人工作站的基本坐标系。
图3-14标准坐标系
3.2坐标系变换
单元3坐标系的位置与方向
坐标系变换指坐标系在空间内产生运动。当空间的坐标系（向量、物体或运动坐标系）相对于某一参考坐标系运动时，该运动可以用坐标系变换的方式来描述，这是因为变换本身就是坐标系状态（位姿）的变化。坐标系变换有三种形式：坐标系平移；坐标系旋转；坐标系平移与旋转的组合。
3.2坐标系变换
单元3坐标系的位置与方向
一、坐标系平移
坐标系平移指一个坐标系初始时与参考坐标系重合，之后其原点相对于参考坐标系
的主轴移动一定距离，同时保持姿态不变。
技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的原点位置移动物体。
图3-22坐标系平移
3.2坐标系变换
单元3坐标系的位置与方向
二、坐标系旋转
坐标系旋转指一个坐标系相对于参考坐标系的某一主轴转动一定角度，原点位置
保持不变。
技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的姿态改变物体的方向。
图3-23坐标系旋转
3.2坐标系变换
单元3坐标系的位置与方向
三、坐标系的位姿变化-平移和旋转
如图3-22所示，相对于坐标系｛U｝，坐标系｛B｝和｛C｝既发生了位置的平移，又发生了姿态的改变，称之为坐标系的位姿变化。该变化过程可以通过坐标系先平移后旋转来实现。
技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的位姿改变物体的位置和方向。
图3-22坐标系平移
3.3坐标系姿态的欧拉角法
单元3坐标系的位置与方向
一、欧拉角法概述
考察一个要确定姿态的坐标系和两个参考坐标系（固定坐标系和运动坐标系），这三个坐标系位于同一个原点，固定坐标系和运动坐标系初始时重合。需要让运动坐标系按照一定的顺序连续三次分别绕固定坐标系的X、Y、Z轴旋转一定的角度，或者绕运动坐标系的X′、Y′、Z′轴旋转一定的角度，运动坐标系最终的姿态就代表要确定的坐标系姿态。
3.3坐标系姿态的欧拉角法
单元3坐标系的位置与方向