工業(yè)機(jī)器人6大類(lèi)型：極坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、直角坐標(biāo)、垂直多關(guān)節(jié)、水平多關(guān)節(jié)與并聯(lián)機(jī)器人

本文主要介紹了工業(yè)機(jī)器人的六種類(lèi)型，包括極坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人、垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人和并聯(lián)型機(jī)器人。每種類(lèi)型的機(jī)器人都有其特定的運(yùn)動(dòng)方式和應(yīng)用領(lǐng)域，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的機(jī)器人類(lèi)型來(lái)滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量具有重要意義。

極坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人、垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、并聯(lián)型機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的設(shè)備，它們可以自動(dòng)化地完成各種復(fù)雜的任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人可以分為六種基本類(lèi)型：極坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人、垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人和并聯(lián)型機(jī)器人。

以下是六種主要的工業(yè)機(jī)器人類(lèi)型及其詳細(xì)描述：

1.極坐標(biāo)型機(jī)器人（Polar Coordinate Robot）

極坐標(biāo)型機(jī)器人，也稱(chēng)為球坐標(biāo)機(jī)器人或關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)自由度組成：一個(gè)旋轉(zhuǎn)（θ）和兩個(gè)擺動(dòng)（ρ和φ）。這種機(jī)器人的基座固定，手臂通過(guò)一個(gè)中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)。極坐標(biāo)型機(jī)器人的工作空間通常呈圓球形，這使得它們?cè)谔幚硇枰�全方位覆蓋的工作任務(wù)時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)點(diǎn)：

●能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間內(nèi)的全方位運(yùn)動(dòng)。

●對(duì)于需要在復(fù)雜或受限空間內(nèi)工作的應(yīng)用，如焊接、裝配和噴涂，具有很高的靈活性。

缺點(diǎn)：

●由于其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，位置和姿態(tài)控制可能較為復(fù)雜。

●在某些特定角度下，機(jī)械臂的可達(dá)性和有效負(fù)載能力可能會(huì)受到限制。

2.圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人（Cylindrical Coordinate Robot）

圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人由一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度（θ）和兩個(gè)線性移動(dòng)自由度（z和r）構(gòu)成。其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的臂和一個(gè)沿該軸上下移動(dòng)的滑塊，以及一個(gè)從旋轉(zhuǎn)臂伸出并可以徑向移動(dòng)的第二臂。這種機(jī)器人的工作空間形狀類(lèi)似于圓柱體。

優(yōu)點(diǎn)：

●結(jié)構(gòu)緊湊，適合在有限的空間內(nèi)操作。

●相對(duì)于直角坐標(biāo)型機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)范圍更大，且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)覆蓋較大的工作區(qū)域。

缺點(diǎn)：

●在某些特定位置，其可達(dá)性和有效負(fù)載能力可能會(huì)受限。

●控制系統(tǒng)的復(fù)雜性相較于直角坐標(biāo)型機(jī)器人略高。

3.直角坐標(biāo)型機(jī)器人（Rectangular Coordinate Robot）

直角坐標(biāo)型機(jī)器人，也稱(chēng)為笛卡爾坐標(biāo)機(jī)器人，由三個(gè)獨(dú)立的線性運(yùn)動(dòng)自由度組成：沿X、Y、Z軸的直線運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)通常包括一個(gè)固定的基座、一根沿X軸移動(dòng)的橫梁、一根沿Y軸移動(dòng)的臂和一個(gè)沿Z軸升降的執(zhí)行器。直角坐標(biāo)型機(jī)器人的工作空間呈現(xiàn)出矩形立方體的形狀。

優(yōu)點(diǎn)：

●結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)和制造。

●坐標(biāo)計(jì)算和控制相對(duì)直接，精度較高。

●適用于需要精確定位和重復(fù)性作業(yè)的應(yīng)用，如物料搬運(yùn)、切割和裝配。

缺點(diǎn)：

●由于其直線運(yùn)動(dòng)的特性，機(jī)器人的整體尺寸可能較大，占用空間較多。

●在某些復(fù)雜的三維路徑規(guī)劃任務(wù)中，其靈活性可能不如多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。

4.垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人（Vertical Articulated Robot）

垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，也稱(chēng)為選擇性 Compliance Assembly Robot Arm (SCARA) 機(jī)器人，具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和兩個(gè)平行于地面的線性關(guān)節(jié)。第一個(gè)關(guān)節(jié)連接基座和上臂，使手臂能夠繞垂直軸旋轉(zhuǎn)；第二個(gè)關(guān)節(jié)連接上臂和下臂，允許手臂在水平面上旋轉(zhuǎn)；最后兩個(gè)線性關(guān)節(jié)分別控制手臂在XY平面上的前后和左右移動(dòng)。這種機(jī)器人的工作空間呈現(xiàn)出扁平的橢球形。

優(yōu)點(diǎn)：

●高精度和高速度，適用于電子裝配、包裝和拾取放置等需要快速重復(fù)定位的任務(wù)。

●占地面積較小，適合在生產(chǎn)線中集成。

缺點(diǎn)：

●工作空間相對(duì)有限，不適合需要大范圍覆蓋的任務(wù)。

●系統(tǒng)的復(fù)雜性相較于直角坐標(biāo)和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人更高。

5.水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人（Horizontal Articulated Robot）

水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，也稱(chēng)為關(guān)節(jié)型機(jī)器人或六軸機(jī)器人，具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，通常包括五個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)線性關(guān)節(jié)。這種機(jī)器人以其高度的靈活性和廣泛的工作空間而聞名，能夠覆蓋三維空間中的大多數(shù)位置和姿態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：

●極高的靈活性和可編程性，適用于各種復(fù)雜的任務(wù)，如焊接、打磨、噴涂和裝配。

●能夠在狹小或受限的空間內(nèi)工作，并適應(yīng)不斷變化的工件位置和姿態(tài)。

缺點(diǎn)：

●控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型相對(duì)復(fù)雜，需要高級(jí)的算法和軟件支持。

●初始投資和維護(hù)成本可能較高。

6.并聯(lián)型機(jī)器人（Parallel Robot or Parallel Kinematic Machine, PKM）

并聯(lián)型機(jī)器人由多個(gè)并行連接的鏈節(jié)組成，這些鏈節(jié)同時(shí)驅(qū)動(dòng)工具載體以實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。常見(jiàn)的并聯(lián)機(jī)器人類(lèi)型包括Delta機(jī)器人、Gough-Stewart平臺(tái)和蜘蛛腿式機(jī)器人等。并聯(lián)機(jī)器人通常具有三個(gè)到六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。

優(yōu)點(diǎn)：

●高剛性和高精度，特別適合高速、高精度的拾取放置、裝配和包裝等應(yīng)用。

●快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較小的慣性，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的運(yùn)動(dòng)和定位。

缺點(diǎn)：

●工作空間相對(duì)于其體積較小，且形狀通常不規(guī)則。

●設(shè)計(jì)和控制復(fù)雜，需要對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)有深入的理解。

綜上所述，每種類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器人都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)景，選擇合適的機(jī)器人類(lèi)型取決于具體的應(yīng)用需求，包括工作空間、精度、速度、靈活性和成本等因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人將繼續(xù)進(jìn)化，以滿足日益增長(zhǎng)的制造業(yè)和服務(wù)業(yè)需求。