主體結構的基本形式
工業(yè)機器人主體結構中各個關節(jié)運動副和連桿構件組成了不同的坐標形式。常見的主體結構形式有：直角坐標形式、圓柱坐標形式、球面坐標形式、關節(jié)坐標形式。
1. 直角坐標形式機器人
這一類機器人手部空間的位置變化是通過沿 著三個相互垂直的軸線移動來實現(xiàn)的，這類形式的機器人常應用 于生產(chǎn)設備的上下料和高精度的裝配和檢測作業(yè)。一般直角坐標 形式機器人的手臂可垂直上下移動軸方向），并可以沿著滑架和橫梁上的導軌行水平二維平面的移動。顯 然直角坐標形式機器人結構具有3個自由度。
直角坐標形式機器人具有如下優(yōu)點：結構簡單。編程容易，在尤，r，z三個方向的運動沒有耦合，便 于控制系統(tǒng)的設計。直線運動速度快，定位精度高，避障性能較好。同時由于該類型機器人必須采用導軌，也有如下缺點和問題：
（1）動作范圍小，靈活性較差。
（2）導軌結構較復雜，維護比較困難，導軌暴露面大，不如轉動關節(jié)密封性好。
（3）結構尺寸較大，占地面積較大。
（4）移動部分慣量較大，增加了對驅動性能的要求。
2.圓柱坐標形式機器人
圓柱坐標機器人通過兩個移動和一個轉動來實現(xiàn)手部空間位置的改變，其主體具有3個自由度：腰部轉動、升降運動，手臂伸縮運動。圓柱坐標形式機器人主要有如下優(yōu)點：
控制精度較高，控制較簡單，結構緊湊。
對比直角坐標形式，在垂直和徑向的兩個往復運動可以采用伸縮套筒式結構，在腰 部轉動時可以把手臂縮回去，從而減小了轉動慣量，改善了力學負載。
圓柱坐標形式機器人的主要缺點是：
由于機身結構的原因，手臂不能到達底部，減小了 機器人的工作范圍，同時結構也較龐大。
3.球面坐標形式機器人
機械手能夠做里外伸縮移動，在垂直平面內擺動已經(jīng)繞底座在水平面內移動，因為這種機器人的工作空間形成球面的一部分，故稱為球面坐標機器人，其設計和控制系統(tǒng)比較復雜，美國Unimation公司的UnimaTIon系列機器人就是球面坐標形式的代表，其手臂伸縮采用液壓驅動的移動關節(jié)，繞垂直和水平軸線的轉動也采用了液壓伺服系統(tǒng)。
球面坐標形式機器人的特點是：
占地面積較小，結構緊湊，位置精度尚可，但避障性能較差，存在平衡問題。
4.關節(jié)坐標形式機器人
這種類型的機器人主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉動關節(jié)稱為肘關節(jié)，大臂和底座間的轉動關節(jié)稱為肩關節(jié)。底座可以繞垂直軸線轉動，稱為腰關節(jié)。它是一種廣泛應用的擬人化機器人。
關節(jié)坐標形式機器人主要有以下優(yōu)點：
（1）結構緊湊，占地面積小。
（2）靈活性好，手部到達位置好，具有較好的避障性能。
（3）沒有移動關節(jié)，關節(jié)密封性能好，摩擦小，慣量小。
（4）關節(jié)驅動力小，能耗較低。
關節(jié)坐標形式機器人的缺點有：
（1）運動過程中存在平衡問題，控制存在耦合。
（2）當大臂和小臂舒展開時，機器人結構剛度較低。
主體結構的設計
工業(yè)機器人主體結構及其機身設計時需要注意，作為整個機器人支撐的主體應該具有足夠大的剛度、強度和穩(wěn)定性；主體結構自身應該保證運動靈活，避免在結構設計上出現(xiàn)自鎖卡死的問題，選擇合適的驅動方式，結構布置合理。
此外機器人主體結構材料的選擇方面，應從機器人的性能要求和滿足機器人的設計和制作要求出發(fā)。同普通機械結構的設計類似，用來支撐、連接、固定機器人的各部分的材料應該是結構性的材料。
另外考慮到機器人整體也是運動的，其材料質量應輕。精密機器人對材料的剛度和振動方面均有要求，控制振動也需要從減輕重量和抑制振動兩方面考慮，也與材料自身的抗振性緊密相關。正確選用結構件材料可降低機器人的成本價格，更適應機器人的高速化、高載荷化及高精度化，以及靜力學及動力學的特性要求。
文章來源：網(wǎng)絡
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