4. 机器人坐标系与点位示教

在 MOTOMAN 机器人 INFORM 编程中，点位示教是编程的基础工作。要让机器人准确到达目标位置，必须理解四类坐标系：关节坐标、直角坐标、工具坐标和用户坐标。它们分别回答“各轴转多少”“末端在空间中处于什么位置”“以什么工具尖端为基准”“以什么工件或工位为基准”这四个问题。只有坐标系定义清楚，示教点才有明确含义，程序才具备可复现性。

一、四类坐标系的分工

关节坐标（JOINT）以各轴编码器角度或脉冲值表示位置，形式为各轴独立数值，例如 S、L、U、R、B、T 六轴。它直接对应各轴电机转角，不受工具和用户坐标影响，适合大范围姿态调整、避开奇异点和观察各轴是否接近软限位。

直角坐标（RECTANGULAR / BASE）以机器人基座为原点，用 X、Y、Z 表示末端法兰中心位置，用 Rx、Ry、Rz 表示姿态。它直观反映机器人在工作空间中的位置，适合直线运动、平移和姿态微调。需要注意，直角坐标描述的是法兰中心，不是焊枪或吸盘尖端。

工具坐标（TOOL）把控制点从法兰中心移到工具尖端，例如焊丝端点、吸盘中心或夹爪中心。建立工具坐标后，机器人按工具尖端走位，姿态旋转也围绕工具尖端进行。工具坐标通常用 TCP（工具中心点）标定法建立，记录工具相对法兰的偏移量和姿态。

用户坐标（USER）把参考原点从机器人基座移到工件或工位上，例如夹具角点、托盘边角或输送线基准点。建立用户坐标后，示教点以工件为参照，工件移动或重新装夹时只需修正用户坐标，程序中的点位仍保持相对关系。

二、工具坐标与用户坐标的建立

工具坐标的建立通常采用五点法或六点法。以焊枪为例，在示教器中选择“工具标定”，将焊丝尖端以不同姿态对准同一固定参考点，记录至少五个姿态点，控制器据此计算 TCP 相对法兰的偏移量。标定完成后，切换至工具坐标，手动移动机器人时焊丝尖端应保持不动，仅姿态变化，说明 TCP 已正确建立。若尖端出现明显漂移，应检查参考点是否固定、各姿态差异是否足够大。

用户坐标的建立一般用三点法：在工件上选取一个原点、一个 X 方向点和一 个 Y 方向点。控制器根据三点确定用户坐标系的 X 轴、Y 轴和原点，Z 轴由右手定则确定。例如，在托盘上取左下角为原点，沿托盘长边取 X 点，沿短边取 Y 点。建立后，将示教点切换到用户坐标，机器人按托盘坐标系运动，托盘重新摆放后只需重新标定用户坐标，程序中的点位无需逐个修改。

三、坐标系切换与示教点记录

在示教器上，坐标系切换通常通过坐标键或功能键完成。切换时要注意当前显示的是哪类坐标，避免在错误坐标系下修改点位。示教点记录的一般过程是：手动移动机器人到目标位置，确认工具尖端或法兰中心到达正确位置，选择目标坐标系，按记录键写入程序点。一个完整的示教点通常包含位置数据、姿态数据、工具号、用户号以及插补方式。

以 MOTOMAN 的 INFORM 程序为例，记录一个直线运动点可能写成：

MOVL P0001 V=200.0 PL=0
' P0001 记录于 TOOL01 + USER01
' 位置：X=520.3 Y=-180.6 Z=310.2
' 姿态：Rx=178.2 Ry=-1.5 Rz=92.4

其中 P0001 是示教点编号，V 是速度，PL 是平滑等级。位置和姿态的具体数值由示教时实际记录，示例中的数值仅用于说明格式。若在工具坐标下记录，P0001 的含义是“工具尖端到达该位置”；若在用户坐标下记录，则含义是“相对于用户坐标原点的位置”。

四、位置修改与验证

示教点记录后，常需要微调位置。修改方式有两种：一是重新示教，将机器人移动到新位置后覆盖原点位；二是直接修改点位数据，在示教器的点位编辑界面中调整 X、Y、Z 或 Rx、Ry、Rz 的数值。直接修改时要注意当前点位所属的工具号和用户号，否则修改后的位置会偏离预期。

修改完成后应进行验证。常用方法是先单步运行到该点，观察工具尖端与目标标记是否重合；再连续运行相邻点位，检查轨迹是否平滑、有无碰撞风险。若点位在用户坐标下记录，验证时还应确认用户坐标是否与当前工件装夹一致。对于焊接应用，还要检查焊枪姿态是否满足焊缝角度要求，避免因姿态修改导致焊枪干涉或焊缝偏移。

总结来说，关节坐标、直角坐标、工具坐标和用户坐标各有明确用途。示教前先确认工具坐标和用户坐标已正确建立，示教中注意当前坐标系和点位归属，示教后通过单步和连续运行验证位置与姿态。掌握这四类坐标系的建立、切换和点位修改方法，是 INFORM 编程中保证轨迹精度和程序可移植性的关键。