25、工业机器人的自由度、配置及应用全解析

工业机器人的自由度、配置及应用全解析

1. 机器人的自由度

机器人要在其工作空间内的任意点定位和定向其手部，总共需要六个自由度。不过，大多数应用仅需要三到五个自由度。自由度越多，机器人的运动和控制器设计就越复杂。部分工业机器人拥有七到八个自由度，这可通过将机器人安装在轨道或移动基座上来实现，这种方式还能增加机器人的工作范围。

虽然与人类相比，机器人的运动自由度有限，但其每个关节的运动范围却大得多。例如，人类手部的弯曲范围仅约 165 度。

2. 机器人的配置类型

机器人有多种尺寸和形状，其操作臂所使用的坐标系类型也各不相同。坐标系类型、关节布置以及操作臂各段的长度共同决定了工作空间的形状。通常以机器人手腕上的一点来确定最大工作空间，若考虑工具尖端，工作空间会稍大一些。

工作空间因制造商而异，将不同配置组合在一个机器人中会产生不同的工作空间。在选择特定的机器人配置之前，必须仔细研究应用需求，以确定精确的工作空间要求。

机器人可根据其工作空间的几何配置进行分类，主要有四种：旋转式、笛卡尔式、圆柱式和球形。每种配置都有特定的应用场景，具体如下表所示：
|配置类型|工作空间形状|优点|缺点|典型应用|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|旋转式|不规则|最通用，工作空间大，可达性灵活|需要复杂控制器，编程复杂，不同位置影响性能，接近最大范围时稳定性降低|自动装配、物料搬运、焊接等|
|笛卡尔式|矩形|控制简单，机械刚性高，精度和重复性好，负载能力稳定|运动局限于小矩形空间|装配、加工操作、涂胶等|
|圆柱式|圆柱形|工作空间比笛卡尔式大