1. 课程导入与MOTOMAN系统概览

在工业机器人应用中，单台机器人完成搬运、点焊或喷涂等任务已经非常成熟。但当工件需要被稳定夹持并同时接受加工、两台机器人需要共同托举同一根长轴、或者机器人必须跟随输送链上的运动工件作业时，单机控制就不再够用。这类任务要求多个运动体在时间、位置和速度上保持严格配合，这就是协调运动控制要解决的问题。

协调运动控制的本质，是让两个或两个以上的运动轴（可以是多台机器人、机器人外部轴、变位机或输送链）在同一控制周期内，按照统一的轨迹规划结果同步运动，并在整个运动过程中维持确定的相对关系。它和普通单机运动最大的区别在于：单机控制只关心“我这条轨迹走得好不好”，协调控制还要关心“我和其他运动体之间的相对位姿、相对速度是否始终正确”。因此协调控制通常涉及统一的时间基准、主从或对等的关系定义、以及相对坐标系下的轨迹描述。

从典型应用场景看，协调运动控制主要出现在以下几类任务中：

• 双机协同搬运：两台机器人共同夹持一个刚性或柔性工件，一台作为主机器人定义轨迹，另一台作为从机器人保持相对位姿，避免工件被拉扯或扭曲。
• 机器人与变位机协调：变位机翻转工件的同时，机器人焊枪保持相对焊缝的稳定姿态和速度，常见于复杂焊缝的弧焊作业。
• 机器人与外部轴协调：机器人在行走轴或滑台上移动，同时末端执行器保持对工件的连续加工，例如长焊缝、长型材的切割或涂胶。
• 机器人与输送链跟踪：输送链不停线，机器人动态跟踪运动中的工件并完成抓取或喷涂，要求机器人运动与输送链速度实时匹配。
• 多机器人流水线协作：多台机器人共享同一工作空间，按节拍分工完成上下料、装配和检测，彼此之间存在避让与交接关系。

这些场景的共同点是：任务能否成功，不取决于单台机器人能否到达某个点，而取决于多台设备在运动过程中是否始终保持正确的相对关系。因此，学习协调运动控制，必须同时掌握机器人运动学、坐标系变换、轨迹插补、同步控制和现场调试方法。

MOTOMAN控制器与机器人家族简介

MOTOMAN是安川电机（Yaskawa）工业机器人的品牌名称，其控制器与机器人本体构成了协调运动控制的硬件基础。理解控制器型号和机器人系列，有助于后续在具体项目中判断哪些功能可用、哪些轴可以参与协调。

控制器方面，早期常见的是NX100，它支持多轴控制和部分协调功能，适合较简单的机器人与变位机联动。随后推出的DX100是应用非常广泛的一代控制器，支持最多8轴控制（可扩展），具备双机协调、外部轴协调和输送链跟踪等功能，是学习协调运动控制的典型平台。FS100面向小型化和高性价比场景，适合小型机器人和简单协调任务。YRC1000和YRC1000micro是较新的控制器，处理能力更强，支持更高精度的同步控制和更丰富的网络接口，适合多机器人、多外部轴的复杂协调系统。

机器人家族方面，MOTOMAN按结构和用途可分为多个系列：

• GP系列：通用型六轴机器人，负载从几公斤到几百公斤，覆盖搬运、装配、点焊等大多数常规任务，是协调控制中最常见的本体。
• MH系列：重载型机器人，适合大型工件搬运和双机协同托举。
• AR系列：弧焊专用机器人，常与变位机协调完成复杂焊缝。
• SP系列：喷涂专用机器人，适合与输送链协调完成跟踪喷涂。
• MP系列：码垛专用机器人，常用于与输送线协调的码垛作业。
• SIA/IA系列：七轴或双臂机器人，适合更灵活的空间协调和仿人作业。

在协调控制项目中，控制器和机器人本体的组合决定了可用的协调轴数量、同步精度和编程方式。例如，用DX100控制两台GP系列机器人做双机搬运，和用YRC1000控制两台MH系列机器人做重载协同，其参数设置和调试重点会有明显差异。

课程整体学习路径

本课程围绕MOTOMAN协调运动控制展开，整体学习路径可以概括为“基础认知—关系建立—轨迹规划—同步执行—调试优化”五个阶段。第一阶段建立对协调控制定义、应用和系统组成的整体认识；第二阶段学习如何定义主从关系、工具坐标和工件坐标，使多台设备在同一坐标系下描述运动；第三阶段进入相对轨迹规划和插补方法，理解协调运动中的位置、速度和姿态如何生成；第四阶段关注同步执行机制，包括控制周期、同步信号和异常处理；第五阶段通过实际案例和排障方法，掌握协调系统的调试与优化。

下面用一张结构图展示本课程的核心知识关系，帮助你在开始学习前建立整体框架。

从图中可以看到，协调运动控制不是单一技术点，而是控制器、机器人本体、外部轴和任务类型共同构成的系统。学习时建议先明确自己使用的控制器型号和机器人系列，再对照具体任务类型理解协调关系的建立方式。后续章节将逐步展开主从关系定义、相对轨迹规划、同步执行和现场调试等内容，每一部分都会结合MOTOMAN的实际参数和操作方式讲解。

需要特别说明的是，协调运动控制中的坐标系约定非常重要。本课程统一采用右手坐标系，机器人基座标系原点位于机器人安装法兰中心，X轴指向机器人正前方，Y轴指向左侧，Z轴指向上方。工具坐标系和工件坐标系均相对于基座标系定义。在涉及变位机或输送链时，会明确说明其坐标系与机器人基座标系的变换关系。后续所有轨迹描述、参数设置和图示均遵循这一约定，避免方向混淆。