B X
Y
自由度（Degree of freedom）
• 自由度又称坐标轴数（轴数），是 指描述物体运动所需要的独立坐标 数。
z R3 T3
T2 T1
R2 y
R1 笛卡尔坐标系
x
•。
自由度（Degree of freedom）
• 手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。 • 一般根据机器人的作业任务决定其自由度数。
+360º~ -360º
线速度
1.5m/s
温度 湿度 振动 最小 381mm
130kg 0-45°
20%~80% 4.9m/S²
最大 1422mm
1.5kw
主要内容
连杆 关节 自由度 定位精度
重复定位精度
工作范围 最大速度 加速度 承载能力
刚度 分辨率
连杆
• 连杆指机器人手臂上被相邻两关节分开的刚性杆件，其两端分别 与主动和从动构件铰接以传递运动和力。
• 利用冗余的自由度可以增加机器人的灵活性， 躲避障碍物和改善动力性能。
ABB1410机器人
自由度（Degree of freedom）
• 它是衡量机器人适应性和灵活性的重要指标。自由度越高，机器 人的灵活性也是相应的增加，功能也是会相应增加，但是自由度 越高，控制越复杂，而且随着关节的增加，调试的复杂程度也会 相应增加，系统潜在的机械共振点也不成比例的增加。
工业机器人的技术参数 之一
安川MH6型工业机器人
项目 控制轴 负荷能力 重复精度
最大动作范围
最大速度 重量
周围条件 工作范围 功率
技术参数
6
6kg
S L U R B T 9000cm/min
+0.08mm
+170°
+155°~ -90°
+250°~ -175°
+180º~ -180º
+225º~ -45°
3
3
3
2
2
2
2
C
C
1
1
1
1
要定位 要定位 的球体 的球体
3
4
45
5
要定位的 要定位的 旋转钻头 旋转钻头
(a) (a)
(b) (b)
自由度（Degree of freedom）
• 工业机器人的自由度是根据其用途而设计的， 可能小于6个自由度，也可能大于6个自由度。
• 冗余自由度机器人：在完成某一特定作业时具 有多余自由度的机器人，亦简称冗余度机器人。
连杆
• 关注的重点是在弯曲和扭转时的连杆刚度。为了提供一定刚度， 机器人的连杆常设计成梁或壳（单体壳）的结构。
连杆
• 特殊实用材料和几何学都被用于减少连接结构的质量。 • 要减小那些与旋转关节相连的连杆的横断截面积和璧厚，从而减
少相关的惯性负载。
关节
• 关节（Joint）：在机器人机构中，两相邻的连杆之间有一个公共 的轴线，两杆之间允许沿该轴线相对移动或绕该轴线相对转动， 构成的一个运动副。
h
B
h
(b)
(c)
O B
h (d)
• （a）重复定位精度的测定；（b）合理定位精度，良好重复定位精度； • （c）良好定位精度，很差重复定位精度；（d）很差定位精度，良好
重复定位精度
工作空间（Working space）
• 工作空间指机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。
• 不仅决定于负载的质量，还必须将 末端执行器的质量和惯性力列入考 虑范围。
• 承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。
刚度（Stiffness）
• 刚度指机身或臂部在外力作用下抵抗弹性 变形的能力。
• 刚度 = 外力：变形量（位移） • 零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所
需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于 零件的几何形状和材料种类（即材料时间，也影响运行周期时间（总体运动时 间加稳定时间）。
• 能够承受更大加速度的机械臂 往往是刚性好的机械臂。在高 性能机械臂上，比起速度或负 载能力来说，加速和稳定时间 是更重要的设计参数。
承载能力
• 承载能力是指机器人在工作范围内 的任何位置上所能承受的最大质量。
• 盲装配
重复定位精度（Repeatability）
• 一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的。 • 描述方式：±0.08mm。 • 与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，受到进给系统的间
隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。
重复定位精度（Repeatability）
定位精度？ 重复定位精度？
A
O B
分辨率
• 分辨率指能够由执行器完成的最小增量距离。 • 分辨率不仅与关节位置编码器的分辨率，或
伺服电动机和传动装置的步长有关，还受系 统摩擦、扭曲、齿隙游移和运动的配置的影 响。
• 多节点串联连接机械臂的有效分辨率不如其 单个关节的分辨率。
工作空间（Working space）
• 机器人关节长度和其构型的函数 • 几何法
最大速度
• 在各轴联动的情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度。 • 对于更长距离的运动，最大速度受伺服电动机的总线电压或最大
允许的电动机转速所限制。 • 对于大型机器人，典型的
末端执行器峰值速度可高 达20m/s。
关节
• 安川MH6型工业机器人的旋转（转动）关节。
• 移动关节由 直线运动机构 和 在整个运动范围内起直线导向作用 的直线导轨部分组成。
关节
• 串联机器人常用旋转关节（常用R表示）和移动关节（用P表示）。
A
B X
B A
X
关节
• 并联机器人常用球面关节、旋转关节、移动关节、虎克铰关节。
Z
θ1
A
θ2
工业机器人的技术参数 之二
主要内容
定位精度
重复定位精度
工作范围
最大速度
加速度 承载能力
刚度 分辨率
定位精度（Positioning accuracy）
• 指机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之 间的差距。
• 该指标对于非重复型的任务非常重要，与机器人制造工艺、驱动 器的分辨率和反馈装置有关。
重复定位精度（Repeatability）
• 工业机器人在同一条件下用同一方法操作时，重复n次所测得的 位置与姿态的一致程度。往复运动的物体，每次停止的位置与设 定次数取得的平均值之间角度或长度的差值，差值越小，精度越 高。
重复定位精度（Repeatability）
• 从同样的初始位置开始，采用同样的程序，载荷和安装设定，机 械臂能够回到初始位置时的距离。