机器人基础知识50讲|机器人的分类上集（三）

在上两篇文章中，我们从机器人的名词解释开始，进入了机器人的世界，了解了机器人的来源，以及机器人的基本组成。

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好了，接下来进入我们今天的主题。今天，我们要介绍的是，关于机器人的分类。世界上机器人种类很多，生产企业也数不胜数。但是，俗话说，万变不离其宗，那么机器人到底是怎么分类的呢？每个分类又有什么特点？

1 “机器人”的分类

首先，机器人按应用领域分类，分为工业机器人、服务机器人和特种机器人。

按应用领域分类：

工业机器人又分为焊接机器人、码垛机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人、激光加工机器人、真空机器人、洁净机器人。

服务机器人可以分为：家用机器人、教育机器人、安防机器人、医用机器人、公共服务机器人。

特种机器人分为：军事应用机器人、极限作业机器人、应急救援机器人

除此之外，工业机器人还可以按照结构分为直角坐标系、柱面坐标系、球面坐标系、多关节坐标系。

觉得不够直观？可以看下图：

关于机器人的分类内容，按照上图将从左至右分别介绍。今天，先介绍一下，按照结构分类的工业机器人

2 直角坐标系机器人

概念：直角坐标型机器人如下图所示，它在x、y、z轴上的运动是独立的。 直角坐标型机器人又称为笛卡儿坐标型机器人或台架型机器人。

实现方式：直角坐标型机器人手部空间位置的改变通过沿3个互相垂直的轴线的移动来实现，即沿着 x轴的纵向移动、沿着y轴的横向移动及沿着z轴的升降移动。通过直角坐标方向的 3 个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。

特点：直角坐标型机器人的位置精度高，控制简单，无耦合，避障性好，但结构庞大，动作范围小，灵活性差，难与其他机器人协调。在直线方向上移动，运动容易想象；通过计算机控制实现，容易达到高精度；占地面积大，运动速度低；直线驱动部分难以密封、防尘，容易被污染。DENSO公司的XYC机器人、IBM公司的RS-1机器人是该类型机器人的典型代表。

3柱面坐标系机器人

概念：柱面坐标型机器人如下图所示，R、θ和x为坐标系的3个坐标。其中，R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。如果机器人手臂的径向坐标尺保持不变，那么机器人手臂的运动将形成一个圆柱面。

实现方式：柱面坐标机器人 主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。

特点：圆柱坐标型机器人的位置精度仅次于直角坐标型，控制简单，避障性好，但结构也较庞大，难与其他机器人协调工作，两个移动轴的设计较复杂。AMF公司的Versatran机器人是该类型机器人的典型代表。运动容易想象和计算，直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其他物体。

3  球面坐标系机器人

概念：球面坐标型机器人如下图所示，R、θ和β为坐标系的3个坐标。其中，θ是绕手臂支撑底座铅垂轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的摆动角。

实现方式：这类机器人手臂的运动由一个直线运动和两个转动所组成，即沿手臂方向x的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。球面坐标机器人 空间位置分别由旋转、摆动和平移 3 个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。

特点：球面坐标型机器人占地面积较小，结构紧凑，位置精度尚可，能与其他机器人协调工作，重量较轻，但避障性差，有平衡问题，其位置误差与臂长有关。Unimation公司的Unimate机器人是其典型代表。特点：中心支架附近的工作范围大，两个转动驱动装置容易密封，覆盖工作空间较大；坐标复杂，难于控制；直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。

4 多关节坐标系机器人

概念：多关节坐标型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成，如下图所示，它是以相邻运动部件之间的相对角位移θ、α 和φ为坐标系的坐标。其中，θ是绕底座铅垂轴的转角，φ 是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，α是第二臂相对于第一臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内的绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例，因此又称为拟人型机器人。

特点：这类机器人的运动由前、后臂的俯仰及立柱的回转构成，其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好，但位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合，故比较复杂，这种机器人目前应用得最多。Unimation公司的PUMA型机器人、瑞士ABB公司的IRB型机器人、德国KUKA公司的IR型机器人是该类型机器人的典型代表。

垂直多关节机器人模拟人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴、带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等组成，手腕通常有 2~3 个自由度，其动作空间近似一个球体。 

特点：关节全都是旋转的，类似于人的手臂，是工业机器人中最常见的结构；它的工作范围较为复杂。

水平多关节机器人 结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，自由度可依据用途选择 2~4 个，动作空间为一圆柱体。

特点：前两个关节（肩关节和肘关节）都是平面旋转的，最后一个关节（腕关节）是工业机器人中最常见的结构；它的工作范围较为复杂。

几个关节，几个零部件的巧妙设计，让人类在很多人体难以抵达的领域中有了不同程度的突破。这都是源于人类的智慧。如果你想了解更多关于机器人产业园区的信息，领域机器人智造的魅力，拨打下方热线：

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