第十三章工业机器人机构学
提要
介绍了工业机器人的组成原理、分类与工作性能特点。研究了坐标变换与空间物体的位姿与位移的齐次坐标表达；研究了已知各个关节的相对运动时，如何确定工业机器人末端操作器的位姿；研究了已知目标对象的位姿时，如何确定工业机器人各个关节的相对运动量。
131概述
工业机器人是用来搬运材料、零件与工具，进行焊接与喷涂的可再编程的多功能机械手，通过调用不同的程序来完成预设的多种工作任务。
f132工业机器人的组成工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个系统是驱动系统、机构与结构系统、感觉系统、机器人与环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
1机器人的机构与结构系统工业机器人的机械部分由三部分组成，即机身、手臂和末端操作器。机身可以是固定的，也可以是移动的。手臂进一步划分为上臂和下臂，上臂与机身形成肩关节，上臂与下臂形成肘关节，下臂与末端操作器形成碗关节，如图133所示。
f2机器人手部的机构与结构系统1具有一个相对自由度的末端操作器
2具有多个自由度的末端操作器
f133工业机器人的分类与性能1直角坐标型直角坐标型操作机如图136所示，它有三个移动关节PPP，可使末端操作器作三个方向的独立位移。该种型式的工业机器人，定位精度较高，空间轨迹规划与求解相对较容易，计算机控制相对较简单。它的不足是空间尺寸较大，运动的灵活性相对较差，运动的速度相对较低。
f2圆柱坐标型圆柱坐标型操作机如图137所示，它有两个移动关节和一个转动关节PPR，末端操作器的安装轴线之位姿由z，r，θ坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴愈远，其切向线位移的分辨精度就愈低。
3球坐标型球坐标型操作机如图138所示，它有两个转动关节和一个移动关节RRP，末端操作器的安装轴线之位姿由θ，φ，r坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围较大。
f4关节型关节型操作机如图139所示，它有三个转动关节RRR，即机身上部相对于下部的转动θY0，肩关节的转动θZ1和肘关节的转动θZ2。腕关节的转动θZ3属于末端操作器的自由度。该种结构的工业机器人，空间尺寸相对较小，工作范围相对较大，还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应用较多的一种机型。
f134工业机器人的运动学基础
工业机器人是由若干个关节所联系起来的一r