第3章　力觉控制的坐标系及参数设置

3.1　坐标系的定义

力觉坐标系用于标定作用在机器人上的作用力大小和方向，其形式为“笛卡儿坐标系”，与一般描述位置数据的坐标系相同。只是“力觉坐标系”标定的内容为“作用力和力矩”。力觉坐标系与机器人使用的坐标系有关。常使用的力觉坐标系有以下几种。

3.1.1　力觉坐标系（机械接口）

力觉坐标系（机械接口）以下简称“力觉机械接口坐标系”。

如图3-1所示，“力觉机械接口坐标系”以机器人的IF坐标系为基准，“力觉机械接口坐标系”的原点与机器人的IF坐标系的原点重合，但作用力和力矩的方向（+向）与IF坐标系相反。力矩的方向按“右手法则”确定正方向。以F_Xm、F_Ym、F_Zm表示作用力，以M_Xm、M_Ym、M_Zm表示力矩。

图3-1　力觉坐标系（机械接口）

3.1.2　力觉坐标系（工具）

力觉坐标系（工具）以下简称“力觉工具坐标系”。如图3-2所示，力觉工具坐标系以机器人的“工具（TOOL）坐标系”为基准。“力觉工具坐标系”的原点与机器人的“工具（TOOL）坐标系”的原点重合，但作用力和力矩的方向（+向）与工具（TOOL）坐标系相反。力矩的方向按“右手法则”确定正方向。以F_Xt、F_Yt、F_Zt表示作用力，以M_Xt、M_Yt、M_Zt表示力矩。

图3-2　力觉坐标系（工具）

3.1.3　力觉坐标系（直交）

力觉坐标系（直交）以下简称“力觉直交坐标系”。如图3-3所示，“力觉直交坐标系”以“机器人的直交坐标系”为基准，“力觉直交坐标系”的原点与“机器人的直交坐标系”的原点重合，但作用力和力矩的方向（+向）与直交坐标系相反。力矩的方向按“右手法则”确定正方向。以F_X、F_Y、F_Z表示作用力，以M_X、M_Y、M_Z表示力矩。

图3-3　力觉坐标系（直交）

“机器人的直交坐标系”和“机器人机械接口坐标系”的区别在于X、Z轴的位置和方向不同。

3.1.4　力觉传感器坐标系

力觉传感器坐标系以传感器固定方位和位置点为基准建立。如图3-4所示，力觉传感器坐标系的原点位置在传感器的圆心位置（其高度方向根据不同型号而异），作用力和力矩的方向（+向）如图3-4所示。力矩的方向按“右手法则”确定正方向。以F_Xs、F_Ys、F_Zs表示作用力，以M_Xs、M_Ys、M_Zs表示力矩。

图3-4　力觉传感器坐标系