1.2　機(jī)器人的基本術(shù)語與圖形符號(hào)

1.2.1　機(jī)器人的基本術(shù)語

（1）關(guān)節(jié)

關(guān)節(jié)（Joint）又稱運(yùn)動(dòng)副，既是允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，也是兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)連接，如圖1-23所示。A、B兩部件可以做互動(dòng)連接。

高副機(jī)構(gòu)（Higher pair），簡稱高副，指的是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。例如齒輪副和凸輪副就屬于高副機(jī)構(gòu)。平面高副機(jī)構(gòu)擁有兩個(gè)自由度，即相對接觸面切線方向的移動(dòng)和相對接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。相對而言，通過面的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副叫做低副機(jī)構(gòu)。

關(guān)節(jié)是各桿件間的結(jié)合部分，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副，由于機(jī)器人的種類很多，其功能要求不同，關(guān)節(jié)的配置和傳動(dòng)系統(tǒng)的形式都不同。機(jī)器人常用的關(guān)節(jié)有移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副。一個(gè)關(guān)節(jié)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)器和控制器，屬于機(jī)器人的基礎(chǔ)部件，是整個(gè)機(jī)器人伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)、重量、尺寸對機(jī)器人性能有直接影響。

①回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)　回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，又叫做回轉(zhuǎn)副、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，是使連接兩桿件的組件中的一件相對于另一件繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間只作相對轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。如手臂與機(jī)座、手臂與手腕，并實(shí)現(xiàn)相對回轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)軸和軸承組成。多數(shù)電動(dòng)機(jī)能直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但常需各種齒輪、鏈、帶傳動(dòng)或其他減速裝置，以獲取較大的轉(zhuǎn)矩。

②移動(dòng)關(guān)節(jié)　移動(dòng)關(guān)節(jié)，又叫做移動(dòng)副、滑動(dòng)關(guān)節(jié)、棱柱關(guān)節(jié)，是使兩桿件的組件中的一件相對于另一件作直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間只作相對移動(dòng)。它采用直線驅(qū)動(dòng)方式傳遞運(yùn)動(dòng)，包括直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產(chǎn)生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動(dòng)元件把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。

③圓柱關(guān)節(jié)　圓柱關(guān)節(jié)，又叫做回轉(zhuǎn)移動(dòng)副、分布關(guān)節(jié)，是使兩桿件的組件中的一件相對于另一件移動(dòng)或繞一個(gè)移動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間除了作相對轉(zhuǎn)動(dòng)之外，還同時(shí)可以作相對移動(dòng)。

④球關(guān)節(jié)　球關(guān)節(jié)，又叫做球面副，是使兩桿件間的組件中的一件相對于另一件在三個(gè)自由度上繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，即組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能繞一球心作三個(gè)獨(dú)立的相對轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。

（2）連桿

連桿（Link）指機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分，既是保持各關(guān)節(jié)間固定關(guān)系的剛體，也是機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件。例如在往復(fù)活塞式動(dòng)力機(jī)械和壓縮機(jī)中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接。

連桿是機(jī)器人中的重要部件，它連接著關(guān)節(jié)，其作用是將一種運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形式，并把作用在主動(dòng)構(gòu)件上的力傳給從動(dòng)構(gòu)件以輸出功率。

（3）剛度

剛度（Stiffness）是機(jī)器人機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量。在彈性范圍內(nèi)，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。它的倒數(shù)稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度。

在任何力的作用下，體積和形狀都不發(fā)生改變的物體叫做剛體（Rigid body）。在物理學(xué)上，理想的剛體是一個(gè)固體的、尺寸值有限的、形變情況可以被忽略的物體。不論是否受力，在剛體內(nèi)任意兩點(diǎn)的距離都不會(huì)改變。在運(yùn)動(dòng)中，剛體任意一條直線在各個(gè)時(shí)刻的位置都保持平行。