1.2　機器人的基本術語與圖形符號

1.2.1　機器人的基本術語

（1）關節

關節（Joint）又稱運動副，既是允許機器人手臂各零件之間發生相對運動的機構，也是兩構件直接接觸并能產生相對運動的活動連接，如圖1-23所示。A、B兩部件可以做互動連接。

高副機構（Higher pair），簡稱高副，指的是運動機構的兩構件通過點或線的接觸而構成的運動副。例如齒輪副和凸輪副就屬于高副機構。平面高副機構擁有兩個自由度，即相對接觸面切線方向的移動和相對接觸點的轉動。相對而言，通過面的接觸而構成的運動副叫做低副機構。

關節是各桿件間的結合部分，是實現機器人各種運動的運動副，由于機器人的種類很多，其功能要求不同，關節的配置和傳動系統的形式都不同。機器人常用的關節有移動、旋轉運動副。一個關節系統包括驅動器、傳動器和控制器，屬于機器人的基礎部件，是整個機器人伺服系統中的一個重要環節，其結構、重量、尺寸對機器人性能有直接影響。

①回轉關節　回轉關節，又叫做回轉副、旋轉關節，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動的關節，兩個構件之間只作相對轉動的運動副。如手臂與機座、手臂與手腕，并實現相對回轉或擺動的關節機構，由驅動器、回轉軸和軸承組成。多數電動機能直接產生旋轉運動，但常需各種齒輪、鏈、帶傳動或其他減速裝置，以獲取較大的轉矩。

②移動關節　移動關節，又叫做移動副、滑動關節、棱柱關節，是使兩桿件的組件中的一件相對于另一件作直線運動的關節，兩個構件之間只作相對移動。它采用直線驅動方式傳遞運動，包括直角坐標結構的驅動，圓柱坐標結構的徑向驅動和垂直升降驅動，以及極坐標結構的徑向伸縮驅動。直線運動可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動元件把旋轉運動轉換成直線運動。

③圓柱關節　圓柱關節，又叫做回轉移動副、分布關節，是使兩桿件的組件中的一件相對于另一件移動或繞一個移動軸線轉動的關節，兩個構件之間除了作相對轉動之外，還同時可以作相對移動。

④球關節　球關節，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自由度上繞一固定點轉動的關節，即組成運動副的兩構件能繞一球心作三個獨立的相對轉動的運動副。

（2）連桿

連桿（Link）指機器人手臂上被相鄰兩關節分開的部分，既是保持各關節間固定關系的剛體，也是機械連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。例如在往復活塞式動力機械和壓縮機中，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，孔內裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構成鉸接。

連桿是機器人中的重要部件，它連接著關節，其作用是將一種運動形式轉變為另一種運動形式，并把作用在主動構件上的力傳給從動構件以輸出功率。

（3）剛度

剛度（Stiffness）是機器人機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，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數，即引起單位位移所需的力。它的倒數稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動剛度。

在任何力的作用下，體積和形狀都不發生改變的物體叫做剛體（Rigid body）。在物理學上，理想的剛體是一個固體的、尺寸值有限的、形變情況可以被忽略的物體。不論是否受力，在剛體內任意兩點的距離都不會改變。在運動中，剛體任意一條直線在各個時刻的位置都保持平行。