题目

【简答题】工业机器人按坐标形式分为哪几类?各有什么特点? (5.0分)

【简答题】工业机器人按坐标形式分为哪几类?各有什么特点? (5.0分)

题目解答

答案

答:工业机器人按坐标形式进行分类,主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节坐标型。 1直角坐标型 优点:在直角坐标空间内,空间轨迹易于求解,很容易通过计算机实现控制,因为各轴线位移分辨率在操作范围内任一点上均为恒定,容易达到高定位精度,因此简易和专用的工业机器人常采用这种结构形式。缺点:本体占空间体积大,工作空间小,操作灵活性差。 2圆柱坐标型 优点:运动学模型简单;末端执行器可以获得较高的速度;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;相同工作空间,本体所占空间体积比直角坐标式要小。 缺点: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;末端执行器外伸离立柱轴心越远,线位移分辨精度越低;后臂工作时,手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。 3球坐标型 优点:本体所占空间体积小,机构紧凑;中心支架附近的工作范围大,伸缩关节的线位移恒定。 缺点:该坐标复杂,轨迹求解较难,难于控制,且转动关节在末端执行器上的线位移分辨率是一个变量。 4关节坐标型 纯球状关节型 优点:主要是机械臂可以够得着机器人基座附近的地方,并越过其工作范围内的人和障碍物 平行四边形球状关节型 优点:结构紧凑、工作范围广且占用空间小、动作灵活、具有很高的可达性,可以轻易避障和伸入狭窄弯曲的管道作业,对多种作业都有良好的适应性。 缺点:运动学模型复杂、高精度控制难度大。 圆柱状关节型 优点:结构复杂性较小,在水平方向有顺应性,具有速度快、精度高、柔性好等特点。 缺点:在垂直方向则具有很大的刚性。

解析

考查要点：本题主要考查工业机器人按坐标形式分类的类型及其特点，需掌握不同坐标形式的结构特点、运动学特性及应用场景。

解题核心思路：

  1. 分类依据：根据机器人机械臂的坐标形式（空间运动方式）进行分类。
  2. 关键特征：需明确每种坐标形式的运动自由度组合、空间可达性、控制难度及典型应用场景。
  3. 对比分析：通过优缺点对比，理解不同坐标形式的适用性。

1. 直角坐标型（笛卡尔坐标型）

  • 运动特点：沿三个垂直轴（X、Y、Z）移动，轨迹易于计算机控制。
  • 优点：
    • 定位精度高（分辨率恒定）。
    • 适合规则空间作业（如装配线）。
  • 缺点：
    • 空间利用率低（本体占空间大，灵活性差）。

2. 圆柱坐标型

  • 运动特点：沿圆柱坐标（半径、高度、角度）运动，直线轴可液压驱动。
  • 优点：
    • 速度高、动力强，适合深入型腔作业。
    • 空间占用小（较直角坐标型）。
  • 缺点：
    • 末端精度随半径增大降低，近柱体区域受限。

3. 球坐标型

  • 运动特点：以极坐标（半径、仰角、方位角）运动，结构紧凑。
  • 优点：
    • 工作范围大，适合中心区域作业。
  • 缺点：
    • 轨迹求解复杂，控制难度高。

4. 关节坐标型

纯球状关节型

  • 优点：可达性好，能跨越障碍物。

平行四边形球状关节型

  • 优点：结构紧凑、动作灵活，适应狭窄空间。
  • 缺点：运动学模型复杂，控制精度要求高。

圆柱状关节型

  • 优点：水平方向柔性好，垂直方向刚性高。