一般機器人手臂有3個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰)運動。手臂回轉(zhuǎn)和升降運動是通過機座的立柱實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。

手臂的各種運動通常由驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)。手臂的 3 個自由度，可以有不同的運動 (自由度)組合，通常可以將其設(shè)計成如圖 2-34 五種形式。

① 圓柱坐標型

如圖 2-34(a)所示，這種運動形式是通過一個轉(zhuǎn)動，兩個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標型比較，在相同的工作空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大。

② 直角坐標型

如圖 2-34(b)所示，直角坐標型機器人，其運動部分由三個相互垂直的直線移動組成，其工作空間圖形為長方體。它在各個軸向的移動距離，可在各坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單，但機體所占空間體積大、靈活性較差。

③球坐標型

如圖 2-34(c)所示，又稱極坐標型，它由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線移動所組成，即一個回轉(zhuǎn)，一個俯仰和一個伸縮運動組成，其工作空間圖形為一球體，它可以作上下俯仰動作并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點，但結(jié)構(gòu)輕復(fù)雜。

④關(guān)節(jié)型

如圖 2-34(d)所示，關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與六臂同形成肩關(guān)節(jié)，大臂與小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動θ1和使大管作俯仰擺動θ2，小臂作俯仰擺動θ3。其特點是工作空間范圍大，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的物體。

⑤平面關(guān)節(jié)型

如圖 2-34(e)所示，采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)；兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運動，而移動關(guān)節(jié)則實現(xiàn)上下運動，具工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動關(guān)節(jié)的行程長，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形狀、這種形式又稱為SCARA型裝配機器人。 結(jié)合P29-30的圖選講其中一個工作原理。

機器人手臂的典型機構(gòu)

（1）手臂直線和回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)

機器人手臂的伸縮、橫向移動均屬于直線運動。實現(xiàn)手臂往復(fù)直線運動的機構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（汽）缸、齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)以及連桿機構(gòu)等。因為活塞油（汽）缸的體積小、重量輕，在機器人的手臂結(jié)構(gòu)中得到的應(yīng)用比較多。

（2）手臂俯仰運動機構(gòu)

機器人手臂的俯仰運動一般采取活塞油（汽）缸與連桿機構(gòu)聯(lián)用來實現(xiàn)。手臂的俯仰運動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接。