4. KUKA机器人手动慢速单轴与笛卡尔移动
任务准备与安全前提
本任务在 T1 手动慢速模式下进行，机器人必须处于已标定状态、工具已装载且无外部使能信号。操作前确认示教器模式旋钮在 T1，驱动装置已开启，并按住示教器背面的使能开关（三档开关中间位置）才能移动。移动速度由 T1 模式限制，通常不超过 250 mm/s。
T1 模式下松开使能开关或按下急停，机器人立即停止。移动前必须确认机器人周围无人、无干涉，并预估运动路径。
三种移动方式的本质区别
KUKA 手动移动提供三种坐标系选择，它们对“如何到达目标点”的求解方式完全不同：
- 单轴移动（轴坐标）：直接对单个关节轴 A1~A6 增减角度，其他轴不动。运动轨迹是各轴独立旋转的叠加，末端路径不可预测，但适合调整姿态和避开奇异位形。
- 工具坐标移动（Tool）：以当前 TCP 为原点，沿工具自身的 X/Y/Z 方向或绕工具轴旋转。末端沿工具方向直线运动，姿态随工具坐标系变化。
- 基坐标移动（Base）：以机器人基座坐标系为参考，沿基座 X/Y/Z 方向或绕基座轴旋转。末端在世界坐标系下直线运动，姿态保持不变。
关键差异：工具坐标和基坐标移动时，控制器通过逆运动学解算各轴角度，末端走直线；单轴移动时各轴独立运动，末端走空间曲线。
实操：三种方式移动到同一目标点
设定一个教学示例目标：将 TCP 从当前位置 P0 移动到 P1，P1 在基座坐标系下为 X+100 mm、Z-50 mm。以下分别用三种方式操作并记录。
| 步骤 | 操作 | 观察重点 | 记录内容 |
|---|---|---|---|
| 1 | 在 T1 下按单轴方式，依次微调 A1~A6，使 TCP 接近 P1 | 每次只动一个轴，末端走曲线 | 记录各轴角度变化量 ΔA1~ΔA6 |
| 2 | 切换至工具坐标，按工具 Z- 方向键使 TCP 下降 | 多轴联动，TCP 沿工具 Z 直线 | 记录工具坐标下 X/Y/Z 变化 |
| 3 | 切换至基坐标，按基座 X+ 和 Z- 方向键 | 多轴联动，姿态不变 | 记录基坐标下 X/Y/Z 变化 |
| 4 | 对比三种方式到达 P1 后各轴角度 | 同一位置可能有不同轴角组合 | 填写对比表 |
坐标变化记录与对比
以下为教学示例记录表，实际数值因机器人型号、初始位形和工具不同而异。记录时在示教器“实际位置”窗口中读取轴坐标和笛卡尔坐标。
| 移动方式 | ΔA1(°) | ΔA2(°) | ΔA3(°) | ΔA4(°) | ΔA5(°) | ΔA6(°) | 末端路径 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 单轴 | +12.3 | -5.1 | +3.8 | 0 | +2.2 | 0 | 空间曲线 |
| 工具坐标 | +8.7 | -3.2 | +2.1 | -1.5 | +4.3 | +0.8 | 沿工具Z直线 |
| 基坐标 | +10.1 | -4.5 | +3.0 | +0.5 | +1.8 | -0.3 | 沿基座XZ直线 |
同一目标点 P1 在三种方式下到达后，各轴角度可能不同（逆解多解性）。若姿态要求严格，应优先使用工具坐标或基坐标移动，并在到达后检查姿态角是否满足要求。
结果判读与验证
- 单轴移动验证：操作时只有被选轴的角度值变化，其余轴角度保持不变。若发现其他轴角度变化，说明误触了其他轴或坐标系选择错误。
- 工具坐标验证：沿工具 Z 方向移动时，TCP 在工具坐标系下的 X、Y 应保持不变，仅 Z 变化。可在示教器笛卡尔坐标显示中确认。
- 基坐标验证：沿基座 X 方向移动时，TCP 在基坐标系下的 Y、Z 应保持不变，仅 X 变化，且姿态角 A、B、C 不变。
- 一致性检查：三种方式到达同一点后，笛卡尔坐标应一致（允许微小误差），但轴角度可能不同。若笛卡尔坐标偏差过大，检查工具坐标系是否已正确标定。
安全收尾：完成移动后，将机器人移回安全位置，松开使能开关，切换模式旋钮至 T1 以外或关闭驱动装置。记录表归档，用于后续零点标定和 TCP 标定的基准参考。