想學好工業機器人就要熟悉機器人的控制，工業機器人基本靠控制運動軸位置和電磁元件通斷來進行運動。運動軸位置控制一般用來改變工具作業點，它可驅動機器人關節運動或機器人、工件的整體移動；在機器人應用程序中，運動軸位置可通過基本移動指令控制。基本移動指令屬于通用指令，只要機器人的控制系統相同，即使工業機器人的用途有所區別，但移動指令的格式、編程要求仍一致。

　　部分工業機器人可能還包含特殊的運動軸位置控制要求，例如，點焊機器人的伺服焊鉗控制、分揀機器人的同步跟蹤控制、探測機器人的傳感器引導運動和攝像控制等。此類機器人的控制系統通常需要選配特殊功能，并通過專門的RAPID移動指令進行控制。

　　多關節機器人的運動復雜，為了實現對機器人本體運動軸的控制，需要對機器人的工具參考點（Tool Reference Point，TRP）位置進行定義，以便建立其運動控制模型。

　　例如，在圖示的6軸串聯機器人上，TRP就是機器人手腕上的工具安裝法蘭中心點。為了確定TRP，在控制系統中，需要定義基座高度（height_of_foot），j2、j3軸中心偏移（offset_off_joint_2、offset_off_joint_3），下臂、上臂長度（length_of_lower_arm、length_of_upper_arm）以及手腕長度（length_of_wrist）等結構參數。

　　結構參數是機器人運動控制的前提條件，且與機器人結構密切相關，故需要機器人生產廠家在系統參數上設置。在RAPID應用程序中，ABB機器人的結構參數一般在系統模塊（System module）中定義，該模塊由ABB公司編制，并可在系統啟動時自動加載，并且不受用戶作業程序刪除操作的影響。

　　TRP也是確定工具作業點、設定工具數據的基準位置。工業機器人的工具作業點又稱為工具控制點（Tool Control Point，TCP）或工具中心點（Tool Center Point，TCP），它是機器人關節、直線、圓弧插補等移動指令的控制對象，指令中的起點、終點就是TCP在指定坐標系上的位置值。TCP的位置與工具形狀、安裝方式密切相關；不安裝工具時，TCP就是TRP。

　　機器人作業程序中的移動指令大多用來控制機器人TCP和工件（或基準）的相對運動， TCP的位置取決于機械部件的運動。例如，通過機器人本體的運動，可使TCP和機器人基座產生相對運動；通過機器人基座的整體移動，可使TCP和大地產生相對運動；通過工件的整體運動，可使TCP和工件產生相對運動等。

　　可驅動機器人TCP運動的運動軸眾多、組成形式多樣，簡單系統可能只有單一的機器人本體運動；復雜機系統可能需要控制多個機器人以及機器人變位器、工件變位器等諸多輔助部件運動。例如，下圖所示的雙機器人協同作業系統，實際上包含機器人1、機器人2、機器人變位器、工件變位器共4個運動部件。

　　為了便于控制與編程，在控制系統內部，通常需要根據機械部件的功能與用途，對運動軸進行分組管理，將系統分為若干個具有獨立功能和若干個運動軸的基本運動單元。在ABB機器人說明書中，將這樣的單元稱為機械單元（Mechanical unit）；而在安川等公司生產的機器人說明書中，則將其稱為“控制軸組”。

　　工業機器人系統的運動軸一般可分為機器人單元（機器人軸組）、基座單元（基座軸組）和工裝單元（工裝軸組）3類。

　　01機器人單元

　　機器人軸是用于機器人本體運動控制的坐標軸，用來控制機器人TCP和機器人基座的相對運動。在多機器人控制系統上，可分為機器人1（ROB_1）、機器人2 （ROB_2）等多個軸組（單元）；機器人單元一旦選定，對應的機器人就成為系統的控制對象。

　　02基座單元

　　基座軸是驅動機器人安裝基座、實現機器人整體變位的輔助運動軸，用來控制機器人基座及TCP和大地的相對運動。基座單元一旦選定，機器人變位器就成為系統的控制對象。

　　03工裝單元

　　工裝軸是驅動工裝運動、實現工件整體變位的輔助運動軸，用來控制機器人TCP和工件的相對運動。工裝單元一旦選定，工件變位器就成為系統的控制對象。

　　機器人軸是系統的基本運動軸，任何工業機器人都具備；基座軸、工裝軸是用于機器人、工件整體移動的輔助軸，當系統配置有變位器時需要使用。在工業機器人系統中，基座軸、工裝軸統稱為“外部軸”或“外部關節”（extjoint）。

　　同一機械單元的所有運動軸可進行成組管理。機器人操作或編程時，可根據需要，通過生效/撤銷機械單元來改變系統的控制對象。

　　在ABB機器人中，機械單元（控制軸組）可通過系統參數定義，不同的機械單元需要定義不同的名稱。在RAPID程序中，可通過機械單元啟用/停用指令，來/關閉指定機械單元全部運動軸的伺服驅動器，使該機械單元的運動軸處于實時位置控制狀態，或處于保持位置不變的伺服鎖定狀態。

　　機器人TCP的運動需要通過三維笛卡爾直角坐標系來描述。在ABB機器人中，笛卡爾坐標系有下圖所示的大地坐標系（World coordinates）、基座坐標系（Base coordinates）、工具坐標系（Tool coordinates）、用戶坐標系（User coordinates）和工件坐標系（Object coordinates）等，說明如下。

　　大地坐標系

　　大地坐標系（World coordinates）有時被譯為“世界坐標系”，它是以地面為基準的三維笛卡爾直角坐標系，可用來描述物體相對于地面的運動。在多機器人協同作業系統或使用機器人變位器的系統中，為了確定機器人（基座）的位置，需要建立大地坐標系。此外，如機器人采用了倒置或傾斜安裝，大地坐標系也是設定基座坐標系的基準。

　　通常情況下，地面垂直安裝的機器人基座坐標系與大地坐標系的方向一致，因此，對于常用的、地面垂直安裝的單機器人系統，系統默認為大地坐標系和基座坐標系重合，此時，可不設定大地坐標系。

　　基座坐標系

　　基座坐標系（Base coordinates）亦稱為機器人坐標系，它是以機器人安裝基座為基準、用來描述機器人本體運動的虛擬笛卡爾直角坐標系。基座坐標系是描述機器人TCP在三維空間運動所必需的基本坐標系，機器人的手動操作、程序自動運行、加工作業都離不開基座坐標系，因此，任何機器人都需要有基座坐標系。

　　基座坐標系通常以腰回轉軸線為Z軸、以機器人安裝底面為XY平面；其Z軸正向與腰回轉軸線方向相同，X軸軸線與腰回轉軸j1的0°線重合，手腕離開機器人向外方向為X軸正向；Y軸由圖3.1-3所示的右手定則確定。

　　工具坐標系

　　工具坐標系（Tool coordinates）是機器人作業必需的坐標系，建立工具坐標系的目的是確定工具的TCP位置和安裝方式（姿態）。通過建立工具坐標系，機器人使用不同的工具作業時，只需要改變工具坐標系（工具數據tooldata），就能保證TCP到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　機器人手腕上的工具安裝法蘭面和中心點是工具的安裝定位基準。以工具安裝法蘭中心點（TRP）為原點、垂直工具安裝法蘭面向外的方向為Z軸正向、手腕向機器人外側運動的方向為X軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標系，稱為機器人的手腕基準坐標系。手腕基準坐標系是建立工具坐標系的基準，如未設定工具坐標系，控制系統將默認為工具坐標系和手腕基準坐標系重合。

　　工具坐標系是用來確定工具TCP位置和工具方向（姿態）的坐標系，它通常是以TCP為原點、以工具接近工件方向為Z軸正向的虛擬笛卡爾直角坐標系；常用的點焊、弧焊機器人的工具坐標系

　　用戶坐標系

　　用戶坐標系（User coordinates）是以下圖所示的工裝位置為基準來描述TCP運動的虛擬笛卡爾直角坐標系，通常用于工裝移動協同作業系統或多工位作業系統。

　　通過建立用戶坐標系，機器人在不同工位進行相同作業時，只需要改變用戶坐標系（工件數據wobjdata），就能保證工具TCP到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　在RAPID程序中，用戶坐標系可通過工件數據（wobjdata）定義，有關內容詳見后述。對于通常的工件固定、機器人移動工具作業，用戶坐標系以大地坐標系為基準建立；對于工具固定、機器人移動工件作業，用戶坐標系則以手腕基準坐標系為基準建立。

　　工件坐標系

　　工件坐標系（Object coordinates）是以工件為基準來描述TCP運動的虛擬笛卡爾坐標系。通過建立工件坐標系，機器人需要對不同工件進行相同作業時，只需要改變工件坐標系，就能保證工具TCP到達指令點，而無需對程序進行其他修改。

　　工件坐標系可在用戶坐標系的基礎上建立，并允許有多個。對于工具固定、機器人用于工件移動的作業，必須通過工件坐標系來描述TCP與工件的相對運動。

　　在RAPID程序中，工件坐標系同樣需要通過工件數據（wobjdata）定義；如果機器人僅用于單工件作業，系統默認用戶坐標系和工件坐標系重合，無需另行設定工件坐標系。