机器人手臂5种不同的运动组合

一般机器人手臂有3个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降 (或俯仰)运动。手臂回转和升降运动是通过机座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。

手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。手臂的 3 个自由度，可以有不同的运动 (自由度)组合，通常可以将其设计成如图 2-34 五种形式。

① 圆柱坐标型

如图 2-34(a)所示，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

② 直角坐标型

如图 2-34(b)所示，直角坐标型机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。

③球坐标型

如图 2-34(c)所示，又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一球体，它可以作上下俯仰动作并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构轻复杂。

④关节型

如图 2-34(d)所示，关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与六臂同形成肩关节，大臂与小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动θ1和使大管作俯仰摆动θ2，小臂作俯仰摆动θ3。其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的物体。

⑤平面关节型

如图 2-34(e)所示，采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后、左右运动，而移动关节则实现上下运动，具工作空间的轨迹图形，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体横截面的大小、形状、这种形式又称为SCARA型装配机器人。 结合P29-30的图选讲其中一个工作原理。

机器人手臂的典型机构

（1）手臂直线和回转运动机构

机器人手臂的伸缩、横向移动均属于直线运动。实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油（汽）缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构以及连杆机构等。因为活塞油（汽）缸的体积小、重量轻，在机器人的手臂结构中得到的应用比较多。

（2）手臂俯仰运动机构

机器人手臂的俯仰运动一般采取活塞油（汽）缸与连杆机构联用来实现。手臂的俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接。