机器人的结构图设计(机器人的结构形式)
机器人结构设计是机器人开发的基础环节，不同的结构形式决定了机器人的运动性能、工作范围和应用场景。将系统介绍机器人的主要结构形式、设计要素以及典型应用，帮助您全面了解机器人结构设计的核心内容。
机器人基本结构组成
机器人整机基本上由两大部分组成：机器人本体和控制装置。机器人本体包括机座、驱动器和驱动单元、手臂、手腕、末端执行器(操作机构)、移动机构，以及安装在机器人本体上的感知器(传感器)等。控制装置则一般包括计算机控制系统、伺服驱动系统、电源装置，以及人机交互设备(如键盘、显示器、示教盒、操作杆)等。
从系统角度看，机器人由机械部分、传感部分和控制部分三大模块组成，这三大模块又可细分为驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统六大子系统。这种模块化设计使得机器人能够完成复杂的自动化任务，同时保持系统的可靠性和可维护性。
串联机器人结构形式
串联机器人是最早应用于工业领域的机器人类型，其基本特征是由刚性杆件通过关节串联连接，形成一个开放式运动链(open kinematic chain)。这种结构中，除了两端的杆件外，每个杆件都通过关节与前后杆件相连，关节类型包括旋转副(revolute)和棱柱关节(prismatic joint)。
直角坐标机器人
直角坐标机器人通过沿着三个相互垂直的轴线移动来实现手部空间位置的变化，具有三个自由度。这种结构优点包括：结构简单、编程容易、运动无耦合便于控制、直线运动速度快、定位精度高、避障性能好。但其缺点也很明显：动作范围小、灵活性差、导轨结构复杂维护困难、占地面积大、移动部分惯量大。
圆柱坐标机器人
圆柱坐标机器人通过两个移动和一个转动实现手部空间位置变化，具有腰部转动、升降运动和手臂伸缩三个自由度。这种结构控制精度较高，控制较简单，结构紧凑，但工作范围受圆柱空间限制。
关节型机器人
关节型机器人(铰链型操作臂)的关节全都是旋转的，类似于人的手臂，是工业机器人中最常见的结构。6轴关节型机器人是典型代表，包括腰部回转轴、下臂摆动轴、上臂摆动轴、腕回转轴、腕弯曲轴和手回转轴。这种结构在三维空间内能实现任意位置和姿态控制，广泛应用于加工、搬运、装配和包装等领域。
并联机器人结构形式
并联机器人采用闭环结构设计，通过多个运动链连接底座和末端执行器，典型代表包括三足(Tricept)机器人和六足位移台机器人。这类机器人使用直线电机控制工具位置，三足机器人使用三条腿与中央支柱结合固定头部，六足机器人则使用六条腿实现位置和方向控制。
并联结构的主要优势在于高刚度和定位精度，特别是在机器人伸展极限和携带较大有效载荷时。这类机器人也存在工作范围小和定向能力有限的缺点，通常用于不需要机床水平公差但需要更大灵活性的加工操作。
特种机器人结构设计
SCARA机器人
SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)机器人是一种特殊设计的水平关节机器人，在x-y平面上运动具有较大柔性，而沿z轴具有很强的刚性。这种选择性柔性使其在装配作业中表现优异，广泛应用于印刷电路板和电子零部件装配、塑料工业、汽车工业等领域。
冗余自由度机器人
传统空间定位需要6个自由度，冗余自由度机器人通过附加关节帮助机构避开奇异位形，提高了运动灵活性。7自由度操作臂是典型代表，在复杂环境中表现出更好的适应性。
协作机器人
协作机器人采用一体化关节模组设计，将传动、传感和驱动器集成在一起，具有低压、轻量化特点。与传统工业机器人不同，协作机器人关节内部结构复杂，通常内置双编码器、力矩传感器等更多传感设备，以满足力觉、功能安全性和低刚度下的运动精度需求。
移动机器人结构设计
移动机器人结构设计主要分为轮式和足式两大类，其中轮式机器人因控制相对简单而在商业应用中更为普遍。
轮式移动机器人
轮式移动机器人底盘按照转向方式可分为多种模型：
轮式机器人动力系统通常采用高效直流无刷电机，搭配智能驱动控制器，实现精准的速度调节与扭矩分配。悬挂系统则多采用高性能独立悬挂，有效吸收地面冲击，提高行驶平稳性。
机器人结构设计要点
驱动方式选择
机器人驱动方式主要有三种：
传动机构设计
传动机构对机器人性能至关重要，齿轮齿条和导轨的选型需要考虑传动精度、承载能力和使用寿命等因素。行星滚柱丝杠作为精密传动部件，在人形机器人等高端应用中发挥着关键作用，能够高效地将旋转运动转化为线性运动。
模块化设计
现代机器人设计越来越注重模块化，如协作机器人采用一体化关节模组(传动+传感+集成驱动器)+控制器的架构，便于根据不同任务需求快速更换或升级部件。这种设计降低了制造成本，提高了系统灵活性。
机器人结构设计是一个多学科交叉的复杂工程，需要综合考虑运动学性能、动力特性、控制精度和应用场景等多方面因素。随着技术的发展，新型机器人结构不断涌现，为各行业自动化提供了更多可能性。