关节坐标系和笛卡尔坐标系是机器人编程中两种常用的坐标系，主要用于描述机器人末端执行器的位置和姿态。以下是两者的主要区别：

一、坐标系定义与基础

笛卡尔坐标系

基于直角坐标系，使用三个坐标轴（X、Y、Z）描述三维空间中任意一点的位置。

具有全局性，适用于描述工具或末端执行器在整体空间中的绝对位置。

关节坐标系

基于机器人关节的角度，通过各关节的旋转角度（如欧拉角或四元数）来描述末端执行器的位置和姿态。

局部性较强，仅适用于描述机器人相对于自身结构的位置变化。

二、应用场景与优势

笛卡尔坐标系

优势：

直观易懂，适合需要全局定位的场景，如路径规划、碰撞检测等。

局限：难以直接描述关节运动，需通过逆运动学计算将关节角度转换为末端位置。

关节坐标系

优势：

便于描述连续的关节运动和轨迹规划，适合机器人运动学和动力学分析。

局限：无法直接表示末端执行器在全局空间中的绝对位置，需结合初始状态计算。

三、坐标转换关系

逆运动学：从笛卡尔坐标（目标位置）计算关节角度，实现末端定位。

正运动学：从关节角度计算笛卡尔坐标，用于运动轨迹生成。

四、示例对比

假设有一个关节式机器人手臂：

笛卡尔坐标：直接指定末端执行器在空间中的坐标（如X=1.5, Y=0.5, Z=1.2）。

关节坐标：指定每个关节的角度（如肩关节30°、肘关节45°、腕关节60°），通过逆运动学计算出末端位置。

总结

两者各有侧重：笛卡尔坐标系适合全局定位，关节坐标系适合描述局部运动。实际应用中常结合使用，例如：

1. 使用笛卡尔坐标系进行路径规划；

2. 使用关节坐标系进行运动控制和轨迹生成；

3. 通过坐标转换实现全局与局部的协同控制。