什么是工业机器人的TCP

http://blog.davidrobot.com/2011/10/tcp_robot.html

什么是工业机器人的TCP

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• 一、TCP 的类型
  • 1. 常规 TCP
  • 2. 固定 TCP
  • 3. 动态 TCP
• 二、TCP 的标定
• 三、扩展阅读

“要确定一个刚体在空间的位姿，须在物体上固连一个坐标系，然后描述该坐标系的原点位置和它三个轴的姿态，总共需要六个自由度或六条信息来完整地定义该物体的位姿。”

上面这段话是摘自[美] Saeed B. Niku 著的《机器人学导论——分析、系统及应用》 中文版第48页的内容。想象一下，一个物体在空间可以在X\Y\Z三个方向平动，也可以围绕着X/Y/Z转动，这就是为什么有6个自由度的原因了。

工业机器人使用的途径就是要装上工具（TOOL）来操作对象，那么如何描述工具在空间的位姿呢，显然，方法就是在工具上绑定(定义)一个坐标系即工具坐标系TCS  (Tool Coordinate System)，那么这个TOOL坐标系的原点就是所谓的 TCP点 (Tool Center Point) 工具中心点。在机器人轨迹编程时，就是将工具在另外定义的工作坐标系中的若干位置X/Y/Z和姿态Rx/Ry/Rz记录在程序中。当程序执行时，机器人就会把TCP点移动到这些编程的位置。

一、TCP 的类型

1. 常规 TCP

无论是何种品牌的工业机器人，事先都定义了一个工具坐标系，无一例外地将这个坐标系XY平面绑定在机器人第六轴的法兰盘平面上，坐标原点与法兰盘中心重合。显然，这时TCP就在法兰盘中心。不同品牌的机器人有不同的称呼，ABB机器人把这个工具坐标系称为tool0，REIS机器人称之为 _tnull。

下图拿 REIS 的机器人3D模型 RV10-6 来说明，为了突显出默认的工具坐标系，特将模型的本体做了透明化处理。（这个图片是从REIS的软件ProVis里截取出来的）

虽然可以直接使用这个默认的TCP，但是在实际使用时，用户显然希望自己来定义自己的TCP点来更好的操作对象，比如焊接时，用户希望把TCP点定义到焊丝的尖端，那么程序里记录的位置便是焊丝尖端的位置，记录的姿态便是焊枪围绕焊丝尖端转动的姿态。

下图是一个新的工具坐标系的例子，仅向Z轴方向平移，形成的新的坐标系。

为了更好的理解，请观看下面的视频 (ABB RobotStudio)：

实际上，用户自定义TCP时，是定义了新的tool 坐标系原点在tool0坐标系中的位置，以及新tool坐标系在tool0坐标系中的姿态。如果考虑到动力学因素，还要定义工具的质量、重心、转动惯量。以便更好地使机器人在真实物理世界空间中运动。

这种TCP是和机器人法兰盘相对位置是固定的，是最常用的TCP类型。

思考：焊接应用中，TCP如何补偿？

2. 固定 TCP

前面介绍的TCP是跟随机器人本体一起运动，但是也可以将TCP定义为机器人本体以外静止的某个位置。常应用在涂胶上，胶罐喷嘴静止不动，机器人抓取工件移动。其本质是一个工件坐标系。（20141027更新： 《ABB 机器人的固定工具仿真》）

3. 动态 TCP

前面介绍的TCP是相对于机器人本体法兰盘坐标系，或者大地坐标系，但随着更复杂的应用，TCP可以延伸到机器人本体轴外部，应用在TCP需要相对法兰盘做动态变化的场合。这种可称之为动态工具( Dynamic Tool），其TCP可称之为动态TCP 。

二、TCP 的标定

三、扩展阅读

• TOOLDATA@ABB
  http://www.robotarget.com/Item/33.aspx

• Calibrating a TCP for non-physical tools
  http://www.robot-forum.com/robotforum/general_discussion/calibrating_a_tcp_for_nonphysical_tools-t1224.0.html

• ABB工业机器人对于点位的定义
  http://davidrobot.com/2011/05/abb-robot-robtarget.html

• [翻译] 6轴串联关节机器人的奇点
  http://davidrobot.com/2013/05/singularity.html

关键字：工具中心点, TCP, 法兰盘, Dynamic Tool, 固定TCP, 静止TCP, 动态TCP