了解坐標(biāo)系之間的差異，以及它們之間的交互方式，是使用組實現(xiàn)成功運(yùn)動控制的關(guān)鍵。在PLCopen的第4部分，IEC 6111-3可編程控制器運(yùn)動控制的全球標(biāo)準(zhǔn)中，介紹了使用組的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動的概念。組是軸的集合，它們按照共同機(jī)制協(xié)同工作，以提供三維空間中的運(yùn)動路徑。例如龍門系統(tǒng)、關(guān)節(jié)臂機(jī)器人、三角機(jī)器人或連接機(jī)構(gòu);多軸協(xié)同工作以實現(xiàn)設(shè)備的多維運(yùn)動。

作為新功能的一部分，控制器中的坐標(biāo)系概念，已經(jīng)成為一個需要理解的重要主題。坐標(biāo)系是定義六個自由度(DoF)的參考點：笛卡爾坐標(biāo)的X、Y和Z，以及描述每個軸旋轉(zhuǎn)度的 Rx、Ru 和 Rz 角 (稱為歐拉角度)。受控的每個機(jī)構(gòu)、部件或工作單元都有自己的坐標(biāo)系。由于PLCopen控制器可以控制多個組，每個組工作在多個部件上，因此必須認(rèn)識到不同坐標(biāo)系是如何交互的，這對程序員的理解很重要。

每個坐標(biāo)系都有一個原點，用于定義所有坐標(biāo)中的零點。每個坐標(biāo)軸的方向由右手法則確定 (參見圖 1)。如果食指指向X正方向，則伸開的中指 (與食指成直角)指向Y的正方向，伸開的拇指指向Z的正方向。

角度方向利用右手螺旋法則來確定 (參見圖 2)。拇指指向軸的正方向，手指圍繞軸彎曲的方向為該軸的正旋轉(zhuǎn)方向。

電機(jī)位置

最終，控制器控制各個電機(jī)的位置。組中的每個軸都有自己的軸坐標(biāo)系 (ACS)，這是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置。對于大多數(shù)復(fù)雜的機(jī)制，如關(guān)節(jié)臂機(jī)器人、三角機(jī)器人、和連接機(jī)制，單個軸坐標(biāo)系的位置并不意味著任何事情都是單打獨(dú)斗;正是通過這些軸的協(xié)調(diào)，利用運(yùn)動學(xué)計算來確定機(jī)械的位置。這些計算可以在控制器內(nèi)部進(jìn)行，也可以由獨(dú)立的機(jī)器人控制器完成。

每個組的基本坐標(biāo)系是機(jī)器坐標(biāo)系 (MCS)。該機(jī)械制造商定義機(jī)器坐標(biāo)系的來源。對于關(guān)節(jié)臂機(jī)器人和三角機(jī)器人，它通常位于機(jī)器人的基礎(chǔ)上。然后，控制器執(zhí)行運(yùn)動學(xué)計算，以確定工具板坐標(biāo)系(TPCS)，這是機(jī)械本身的終點。此坐標(biāo)系本身對程序員沒有用處，但它可以用于定義工具位置的原點。刀具有自己的坐標(biāo)系，即刀具坐標(biāo)系(TCS)。

位置指令

通常情況下，工具以機(jī)械的末端為中心，因此這可能就像工具板坐標(biāo)系的+Z方向上的偏移量一樣簡單，可能還需要Rz組件來考慮旋轉(zhuǎn)。刀具坐標(biāo)系最常用于緩慢移動和教學(xué)位置，但在自動運(yùn)動中并不經(jīng)常使用。刀具坐標(biāo)系的原點是工具中心點 (TCP)，它是命令位移的出發(fā)點。當(dāng)調(diào)用機(jī)器坐標(biāo)系中的位移時，移動到該位置的是工具中心點 (請參見圖 3)。

圖 3：機(jī)器坐標(biāo)系 (MCS) 原點和工具中心點 (TCP) 之間關(guān)系示例。

由于每個組都有自己的機(jī)器坐標(biāo)系原點，將多個組移動到空間中的同一位置，需要每個組相對其機(jī)器坐標(biāo)系位置有自己的位置指令。例如，如果兩個拾取機(jī)器人從同一傳送機(jī)中拾取物品，則每個拾取器移動到傳送帶上的同一位置，就需要不同的機(jī)器坐標(biāo)系位置指令。

為了簡化類似共享空間中的位移，可以從世界坐標(biāo)系(WCS)的原點，加上偏移，獲取每個組的機(jī)器坐標(biāo)系原點。每個工作單元只有一個世界坐標(biāo)系(WCS)來源。配置單個組時，需要定義到世界坐標(biāo)系(WCS)原點的偏移量。這允許多個機(jī)構(gòu)使用公共坐標(biāo)系來簡化編程。

最后要考慮的坐標(biāo)系是部件坐標(biāo)系(PCS)。此坐標(biāo)系用于定義各個對象在世界空間中的位置和方向。此坐標(biāo)系的原點位于零件上，并隨零件一起移動。這在對單個部件進(jìn)行操作時非常有用，例如在拾取和放置的應(yīng)用程序中。其它應(yīng)用包括傳送機(jī)跟蹤，在該應(yīng)用中部件沿著傳送帶移動。在這種情況下，部件坐標(biāo)系相對于世界坐標(biāo)系和機(jī)器坐標(biāo)系的原點移動，因此將機(jī)械的工具中心點移動到特定的部件坐標(biāo)系位置，必須考慮不同坐標(biāo)系之間不斷變化的偏移量 (參見圖 4)。

圖 4：零件坐標(biāo)系定義特定對象的位置和方向，并跟隨目標(biāo)對象一起移動。

了解坐標(biāo)系之間的差異，以及它們之間的交互方式，是使用IEC中的組成功實現(xiàn)運(yùn)動控制的關(guān)鍵。不同坐標(biāo)系協(xié)同工作，以完成所需的操作。

傳送帶跟蹤示例

在傳送帶跟蹤應(yīng)用中，第一個命令可能是在機(jī)器坐標(biāo)系中移動工具中心點，將工具中心點定位到跟蹤區(qū)域的初始位置。零件的位置和方向定義完畢，傳送機(jī)跟蹤例程計算零件到機(jī)構(gòu)機(jī)器坐標(biāo)系原點的偏移量。此偏移量定義了零件的部件坐標(biāo)系以及機(jī)器坐標(biāo)系與傳送機(jī)跟蹤功能之間的關(guān)系，隨著零件的移動調(diào)整部件坐標(biāo)系偏移量。然后，用戶在部件坐標(biāo)系空間中定義一個移動來拾取零件。由于部件坐標(biāo)系偏移量有 6個自由度，如果需要在傳送帶上打開箱體也可以實現(xiàn)。然后，用戶在部件坐標(biāo)系空間中執(zhí)行位移以拾取零件。

工具方向與零件自動匹配 (如果需要的話)，坐標(biāo)系之間的偏移量已經(jīng)考慮到這些因素。每次拾取都使用相同的部件坐標(biāo)系位置，只有遇到新部件時，部件坐標(biāo)系偏移量才會發(fā)生變化。由于傳送帶跟蹤功能不斷更新部件坐標(biāo)系的偏移量，工具中心點也沿著傳送帶的正方向進(jìn)行跟蹤，以解決部件移動問題。