4. 机器人基础：工业机器人坐标系与运动学

在3D线扫相机视觉引导项目中，机器人是最终的执行机构。理解机器人的坐标系系统、运动学基础以及主流品牌的通信方式，是完成手眼标定与轨迹规划的前提。本节将系统梳理这些核心概念。

4.1 工业机器人坐标系系统

工业机器人通常定义四种核心坐标系，它们构成了机器人运动与外部传感器交互的参考框架。

4.2 运动学基础

机器人运动学描述了关节空间与笛卡尔空间之间的映射关系，是轨迹规划与视觉引导的数学基础。

• 正运动学 (Forward Kinematics)：已知各关节角度 (θ₁, θ₂, ..., θₙ)，求解末端执行器（TCP）在基座坐标系下的位姿 (x, y, z, rx, ry, rz)。
  应用： 实时显示当前TCP位置，验证运动是否到位。
• 逆运动学 (Inverse Kinematics)：已知目标位姿 (x, y, z, rx, ry, rz)，求解各关节角度 (θ₁, θ₂, ..., θₙ)。
  应用： 视觉系统给出目标点后，机器人控制器自动计算如何运动过去。

4.3 常用机器人品牌通信方式

3D线扫相机通常作为“从站”或“传感器”，通过标准工业协议与机器人控制器交换数据。以下是三大主流品牌的通信方案对比。

4.4 通信配置示例（Socket / TCP）

以ABB机器人与3D线扫相机通过Socket通信为例，展示数据接收与解析的典型代码结构。

! ABB RAPID Socket 接收示例
VAR socketdev client_socket;
VAR string received_string;
VAR num pos_x, pos_y, pos_z;
VAR robtarget target_pos;

! 1. 创建并连接Socket
SocketCreate client_socket;
SocketConnect client_socket, "192.168.1.100", 5000;

! 2. 循环接收数据
WHILE TRUE DO
  SocketReceive client_socket \Bin:=received_string;
  
  ! 3. 解析字符串：假设格式为 "x,y,z"
  pos_x := StrToVal(StrPart(received_string, 1, ","));
  pos_y := StrToVal(StrPart(received_string, 2, ","));
  pos_z := StrToVal(StrPart(received_string, 3, ","));
  
  ! 4. 构建目标位姿（假设姿态固定）
  target_pos.trans.x := pos_x;
  target_pos.trans.y := pos_y;
  target_pos.trans.z := pos_z;
  target_pos.rot := [1,0,0,0]; ! 四元数
  
  ! 5. 运动指令
  MoveL target_pos, v500, fine, tool0;
ENDWHILE