Kurz: Ein Roboter kennt denselben Punkt im Raum in mehreren Koordinatensystemen gleichzeitig — Achse, Weltkoordinatensystem, Basis und Werkzeug. Wer weiß, welches gerade aktiv ist, versteht auf Anhieb, warum die Taste „X+“ mal nach vorn und mal zur Seite fährt. Und die meisten Punkte, die nach einem Umbau „verrutscht“ sind, sind nicht verrutscht: Es hat sich nur das Koordinatensystem geändert, auf das sie sich beziehen.
„Rechts“ ist keine Richtung, solange nicht klar ist, für wen
Zwei Leute stehen an derselben Anlage. Der eine sagt „fahr mal zehn Zentimeter nach rechts“, der andere drückt die Taste — und der Roboter fährt nach hinten. Beide haben recht. Sie meinen nur zwei verschiedene Koordinatensysteme.
Das ist kein Anfängerproblem. Es ist die häufigste Ursache dafür, dass eine Anlage nach einem Werkzeugwechsel oder einem Vorrichtungsumbau „auf einmal falsch“ fährt, und es kostet regelmäßig einen halben Tag Suche an einer Stelle, an der nichts kaputt ist.
Die vier Koordinatensysteme, die jeder Roboter kennt
Unabhängig von Hersteller und Baujahr gibt es vier Arten, eine Position anzugeben. Sie beschreiben denselben Punkt, beantworten aber verschiedene Fragen.
| Koordinatensystem | Der Nullpunkt liegt … | Gut für … |
|---|---|---|
| Achse (achsspezifisch) | gar nirgends — hier zählen Winkel, keine Millimeter | Freifahren nach einer Störung, Achse für Achse aus einer Zwangslage heraus |
| Welt (Weltkoordinatensystem) | fest im Raum, meist im Fuß des Roboters | die eine Richtung, auf die sich alle einigen können — auch über mehrere Roboter hinweg |
| Basis (Werkstück) | im Werkstück oder in der Vorrichtung | Punkte, die mitwandern sollen, wenn die Vorrichtung versetzt wird |
| Werkzeug (TCP) | in der Werkzeugspitze und wandert mit | Zustellen in Werkzeugrichtung, Ein- und Ausfahren aus dem Greifer |
Der praktische Unterschied zeigt sich beim Verfahren von Hand. Im Weltkoordinatensystem fährt „Z+“ immer nach oben, egal wie der Arm steht. Im Werkzeug-System fährt „Z+“ in Richtung der Werkzeugspitze — steht das Werkzeug schräg, geht es schräg. Dieselbe Taste, zwei Ergebnisse, und keines davon ist ein Fehler.
Die Rechte-Hand-Regel: warum X, Y und Z nicht beliebig liegen
Alle vier Systeme sind rechtshändig aufgebaut. Das ist keine Konvention unter vielen, sondern der Grund, warum ein Punkt aus einem System überhaupt in ein anderes umgerechnet werden kann.
Halten Sie Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger der rechten Hand im rechten Winkel zueinander: Der Daumen ist X, der Zeigefinger Y, der Mittelfinger Z. Diese Reihenfolge gilt in jedem der vier Systeme.
Für die Drehungen dieselbe Hand, andere Anwendung: Daumen in die Richtung der Achse, um die gedreht wird — die gekrümmten Finger zeigen die positive Drehrichtung. Damit ist auch geklärt, wohin „A+“, „B+“ oder „RX+“ dreht, ohne dass man es ausprobieren muss.
Wer das einmal verinnerlicht hat, muss die Vorzeichen nie wieder raten. Und es erklärt den Klassiker, dass sich eine gespiegelte Vorrichtung nicht durch das Umdrehen eines Vorzeichens abbilden lässt: Eine Spiegelung macht aus einem rechtshändigen System ein linkshändiges, und das kennt die Steuerung nicht.
Wie die vier bei KUKA, ABB und Mitsubishi heißen
Dieselbe Sache, drei Vokabeln — genau wie bei den Bewegungsbefehlen. Wer den Umstieg macht, sucht meist nicht das Konzept, sondern das Wort.
| Koordinatensystem | KUKA | ABB | Mitsubishi |
|---|---|---|---|
| Achse | achsspezifisch (A1–A6) | Achsbewegung (jointtarget) | Gelenk-Jog (J1–J6) |
| Welt | World ($WORLD) | World | World |
| Basis / Werkstück | Base ($BASE, BASE_DATA[]) | Werkobjekt (wobjdata, wobj0) | Base |
| Werkzeug | Tool ($TOOL, TOOL_DATA[]) | Werkzeug (tooldata, tool0) | Tool |
Eine Feinheit lohnt sich zu wissen: Bei KUKA sind Welt und Roboterfuß zwei verschiedene Dinge, die im Auslieferungszustand nur zufällig zusammenfallen. Sobald ein Roboter kopfüber oder auf einer Schiene montiert wird, fallen sie auseinander — und ab da ist „oben“ eine Angabe, die man nachlesen muss.
Der Fehler, der im Betrieb am meisten Zeit kostet
Er sieht immer gleich aus: Ein Programm lief monatelang, jemand baut ein Werkzeug um oder versetzt eine Vorrichtung, und danach greift der Roboter überall daneben — aber gleichmäßig daneben, jeder Punkt um denselben Betrag.
Gleichmäßig daneben ist die Diagnose. Wenn alle Punkte denselben Versatz haben, ist kein Punkt falsch geteacht — dann stimmt das Koordinatensystem nicht mehr, auf das sie sich beziehen. Zwei Fälle, und sie sind auseinanderzuhalten:
- Das Werkzeug wurde getauscht, die Werkzeugdaten nicht nachgezogen. Der Versatz hängt an der Werkzeugspitze und dreht sich mit, wenn sich die Orientierung ändert. Punkte, die mit senkrechtem Werkzeug angefahren werden, passen scheinbar noch; schräge nicht mehr.
- Die Vorrichtung wurde versetzt, die Basis nicht neu vermessen. Der Versatz ist überall gleich und dreht sich nicht mit. Hier reicht es, die Basis neu einzumessen — alle Punkte, die sich darauf beziehen, wandern mit. Genau dafür gibt es sie.
Das ist der eigentliche Grund, warum sich das Einrichten einer Basis lohnt, auch wenn es beim ersten Programm nach Mehrarbeit aussieht: Ein Programm, dessen Punkte im Weltkoordinatensystem stehen, muss nach dem Versetzen der Vorrichtung komplett neu geteacht werden. Eines mit sauberer Basis braucht eine einzige Messung.
Wie das Werkzeug selbst vermessen wird, steht im Beitrag TCP vermessen: den Tool Center Point richtig einmessen — dort geht es um genau den Punkt, der hier das vierte Koordinatensystem aufspannt.
Wo das im Handbuch steht — und warum man es nicht findet
Jede Bedienungsanleitung erklärt diese vier Systeme. Nur steht über dem Kapitel selten „Koordinatensysteme“. Es heißt „Bezugssysteme“, „Frames“, „Koordinatensysteme des Manipulators“ oder — bei ABB — schlicht „Werkobjekte“. Wer nach dem einen Wort sucht, das er kennt, findet die Stelle nicht, obwohl sie da ist.
Das ist dasselbe Muster wie bei der Justage, die je nach Hersteller Mastern, Referenzieren oder Nullpunktabgleich heißt. Wie man ein Handbuch danach durchsuchbar macht, statt es durchzublättern, steht im Beitrag Roboter-Handbuch durchsuchbar machen.
Häufige Fragen
Welches System soll ich beim Verfahren von Hand nehmen?
Zum groben Positionieren im freien Raum das Weltkoordinatensystem — da ist oben oben. Zum Ein- und Ausfahren am Werkstück das Werkzeug-System, weil Sie dort in Werkzeugrichtung zustellen wollen. Achsspezifisch nur, wenn Sie den Roboter aus einer Zwangslage oder einer Störung herausholen.
Was ist der Unterschied zwischen Basis und Werkzeug?
Die Basis beschreibt, worauf sich ein Punkt bezieht — das Werkstück oder die Vorrichtung. Das Werkzeug beschreibt, womit er angefahren wird. Beide verschieben denselben Punkt, aber aus entgegengesetzten Richtungen: Ändert sich die Vorrichtung, ändert sich die Basis; ändert sich der Greifer, ändert sich das Werkzeug.
Muss ich die Umrechnung selbst beherrschen?
Nein. Die Steuerung rechnet, und sie rechnet richtig. Gebraucht wird die Vorstellung, welches System gerade gilt — und die Rechte-Hand-Regel, um Vorzeichen und Drehrichtungen ohne Ausprobieren zu bestimmen.
Warum steht die Orientierung mal als A, B, C und mal als RX, RY, RZ?
Weil die Hersteller die drei Drehungen unterschiedlich benennen und in unterschiedlicher Reihenfolge anwenden. Die Zahlenwerte sind deshalb nicht ohne Weiteres von einer Steuerung auf eine andere übertragbar. Welche Reihenfolge Ihre Steuerung verwendet, ist eine Angabe aus dem Handbuch — und eine, die man nicht schätzen sollte.
Wenn Sie es an echten Anlagen üben wollen
Im Praxis-Workshop in Mainburg richten Sie Basis und Werkzeug an Anlagen von ABB, KUKA, Mitsubishi und NACHI selbst ein und fahren dieselbe Bewegung in verschiedenen Koordinatensystemen ab — der Unterschied zwischen „anderes Wort“ und „anderes Konzept“ wird dabei in wenigen Minuten anschaulich. Drei Tage als Basis, fünf Tage mit mehr Zeit für die Umsetzung.