工业机器人之机械臂

工业机器人之机械臂

机械臂作为工业机器人的重要组成部分，其发展经历了从示教到感知再到智能的演变过程。本文将为您详细介绍机械臂的定义、性能指标、发展历程以及多种分类方法，帮助您全面了解这一复杂机电系统的核心技术特点。

机械臂是多输入多输出、高精度、高度非线性的复杂机电系统。其主要性能指标包括：自由度数量、最大臂展、工作空间、负载自重比等。

机械臂起初应用于工业机器人，走过了从第一代示教机械臂、第二代感知机械臂到第三代智能机械臂的发展历程。

（1）第一代机械臂，即示教机械臂，这类机械臂以示教/再现的方式（Teaching/Playback）的进行工作。这种工作方式只能按照事先示教的位置和姿态进行重复的动作，而对周围环境无感觉的功能，其应用范围受到一定的限制。

（2）第二代机械臂，即感知机械臂，这类机械臂具有如视觉、力觉、触觉等外部感觉功能的机械臂。这种机械臂由于具有外部的感觉功能，因此可以根据外界的情况修改自身的动作，从而完成较为复杂的作业。

（3）第三代机械臂，即智能机械臂，这类机械臂除了具有外部感觉功能外，还具有规划和决策的功能。从而可以适应因为环境的变化而自主进行的工作。智能机械臂目前还处于研究阶段，距离实际应用还有一段距离。

机械臂的分类方法很多，主要包括：

（1）按用途分为：工业机械臂、服务机械臂、空间机械臂、医疗机械臂等；

（2）按尺寸分为：小型机械臂、中型机械臂、大型机械臂；

（3）按自由度数分为：两自由度机械臂、三自由度机械臂、四自由度机械臂、五自由度机械臂、六自由度机械臂、七自由度机械臂等；

（4）按关节连接方式分为：串联机械臂、并联机械臂、混联机械臂；

（5）按坐标形式划分：直角坐标机械臂、圆柱坐标机械臂、球面坐标机械臂、关节坐标机械臂（水平关节式、垂直关节式）、混合坐标机械臂等。

其中，关节型机械臂是常用的一种机械臂类型，其特点是结构紧凑、空间占用小、工作空间较大、通用性强，还能绕过基座周围的一些障碍物。工业机器人搭载的关节型机械臂通常是具有3~7个自由度的轻量型机械臂，在人机协作等场景还需要机械臂具有力/力矩检测能力，以确保人机协作的安全性。