1.2.2 工业机器人的坐标形式

工业机器人按臂部关节的种类决定操作臂工作空间的形式，按照臂部关节沿坐标轴的运动形式，即按P（移动关节）和R（旋转关节）的不同组合，可将机器人分为直角坐标型、圆柱坐标型、球（极）坐标型、关节坐标型和SCARA型5种类型。机器人的结构形式由用途决定，依据所完成工作的性质进行选择。

1.直角坐标型机器人

直角坐标型机器人的外形与数控镗铣床相似，如图1-3所示。其3个关节都是移动关节（3P），且轴线相互垂直，相当于笛卡儿坐标系的X轴、Y轴和Z轴。其优点是刚度好，多做成大型龙门式框架结构，位置精度高，运动学求解简单，控制无耦合；但其结构庞大、动作范围小、灵活性差。因其稳定性好，常用于大负载的搬运。

2.圆柱坐标型机器人

图1-4所示为圆柱坐标型机器人，它有2个移动关节（2P）和1个转动关节（1R），其工作范围为圆柱形状。其特点是结构简单、占地面积小、位置精度高、运动直观、控制简单、不能抓取靠近机身的物体。

图1-3 直角坐标型机器人

图1-4 圆柱坐标型机器人

3.球（极）坐标型机器人

球（极）坐标型机器人具有1个移动关节（1P）和2个转动关节（2R），其工作范围为球形，如图1-5所示。Unimate机器人是该类机器人的典型代表。其优点是结构紧凑、动作灵活、占地面积小，但其结构复杂、定位精度低、运动直观性差。

图1-5 球坐标型机器人

4.关节坐标型机器人

关节坐标型机器人由立柱、大臂和小臂组成。其具有拟人的机械机构，即大臂与立柱构成肩关节，大臂与小臂构成肘关节；具有3个转动关节（3R），可进一步分为1个转动关节和2个俯仰关节，其工作范围为球形，如图1-6所示。该类机器人的特点是工作范围大、动作灵活、能抓取靠近机身的物体；但运动直观性差，难以得到高的定位精度。由于该类机器人灵活性高，因此应用最广泛。PUMA机器人是该类机器人的典型代表。

5.SCARA型机器人

SCARA型机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是由日本山梨大学牧野洋教授发明的，它有3个转动关节，其轴线相互平行，可在平面内进行定位和定向。其还有一个移动关节，用于完成手爪在垂直于平面的运动，如图1-7所示。手腕中心的位置由2个转动关节和移动关节的位移z来决定，手爪的方向由转动关节的角度决定。该类机器人的特点是在垂直平面内具有很好的刚度，在水平面内具有较好的柔顺性，动作灵活，速度快，定位精度高。例如，Adeptl型SCARA型机器人运动速度可达10m/s，比一般关节型机器人快数倍。SCARA型机器人最适合在平面定位、垂直方向进行装配，所以又称为装配机器人。

图1-6 关节坐标型机器人

图1-7 SCARA型机器人