1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式

工業(yè)機(jī)器人按臂部關(guān)節(jié)的種類(lèi)決定操作臂工作空間的形式，按照臂部關(guān)節(jié)沿坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)形式，即按P（移動(dòng)關(guān)節(jié)）和R（旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）的不同組合，可將機(jī)器人分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球（極）坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和SCARA型5種類(lèi)型。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式由用途決定，依據(jù)所完成工作的性質(zhì)進(jìn)行選擇。

1.直角坐標(biāo)型機(jī)器人

直角坐標(biāo)型機(jī)器人的外形與數(shù)控鏜銑床相似，如圖1-3所示。其3個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)（3P），且軸線(xiàn)相互垂直，相當(dāng)于笛卡兒坐標(biāo)系的X軸、Y軸和Z軸。其優(yōu)點(diǎn)是剛度好，多做成大型龍門(mén)式框架結(jié)構(gòu)，位置精度高，運(yùn)動(dòng)學(xué)求解簡(jiǎn)單，控制無(wú)耦合；但其結(jié)構(gòu)龐大、動(dòng)作范圍小、靈活性差。因其穩(wěn)定性好，常用于大負(fù)載的搬運(yùn)。

2.圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人

圖1-4所示為圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，它有2個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（2P）和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（1R），其工作范圍為圓柱形狀。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、位置精度高、運(yùn)動(dòng)直觀(guān)、控制簡(jiǎn)單、不能抓取靠近機(jī)身的物體。

圖1-3 直角坐標(biāo)型機(jī)器人

圖1-4 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人

3.球（極）坐標(biāo)型機(jī)器人

球（極）坐標(biāo)型機(jī)器人具有1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（1P）和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（2R），其工作范圍為球形，如圖1-5所示。Unimate機(jī)器人是該類(lèi)機(jī)器人的典型代表。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、占地面積小，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性差。

圖1-5 球坐標(biāo)型機(jī)器人

4.關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人

關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人由立柱、大臂和小臂組成。其具有擬人的機(jī)械機(jī)構(gòu)，即大臂與立柱構(gòu)成肩關(guān)節(jié)，大臂與小臂構(gòu)成肘關(guān)節(jié)；具有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（3R），可進(jìn)一步分為1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和2個(gè)俯仰關(guān)節(jié)，其工作范圍為球形，如圖1-6所示。該類(lèi)機(jī)器人的特點(diǎn)是工作范圍大、動(dòng)作靈活、能抓取靠近機(jī)身的物體；但運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性差，難以得到高的定位精度。由于該類(lèi)機(jī)器人靈活性高，因此應(yīng)用最廣泛。PUMA機(jī)器人是該類(lèi)機(jī)器人的典型代表。

5.SCARA型機(jī)器人

SCARA型機(jī)器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是由日本山梨大學(xué)牧野洋教授發(fā)明的，它有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其軸線(xiàn)相互平行，可在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。其還有一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于完成手爪在垂直于平面的運(yùn)動(dòng)，如圖1-7所示。手腕中心的位置由2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移動(dòng)關(guān)節(jié)的位移z來(lái)決定，手爪的方向由轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的角度決定。該類(lèi)機(jī)器人的特點(diǎn)是在垂直平面內(nèi)具有很好的剛度，在水平面內(nèi)具有較好的柔順性，動(dòng)作靈活，速度快，定位精度高。例如，Adeptl型SCARA型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)10m/s，比一般關(guān)節(jié)型機(jī)器人快數(shù)倍。SCARA型機(jī)器人最適合在平面定位、垂直方向進(jìn)行裝配，所以又稱(chēng)為裝配機(jī)器人。

圖1-6 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人

圖1-7 SCARA型機(jī)器人