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(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。
(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。 3.极坐标型机器人
极坐标型机器人又称为球坐标机器人，其结构图如图1-3所示，R，θ和β为坐标系的坐标。其中θ是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是： (1)在中心支架附近的工作范围较大。 (2)两个转动驱动装置容易密封。 (3)覆盖工作空间较大。
(4)坐标系较复杂，较难想象和控制。 (5)直线驱动装置仍存在密封问题。 (6)存在工作死区。
4.多关节机器人
多关节机器人结构简图如图1-4所示，它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。θ、α和φ为坐标系的坐标，其中θ是绕底座铅垂轴的转角，φ是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，α是第二臂相对于第一臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。其特点是：
(1)动作较灵活，工作空间大。 (2关节驱动处容易密封防尘。
(3)工作条件要求低，可在水下等环境中工作。 (4) 适合于电动机驱动。
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(5)运动难以想象和控制，计算量较大。 (6)不适于液压驱动。
θ
图1-1 直角坐标型 图1-2 圆柱坐标型
βφαθθ
图1-3 极坐标型 图1-4 多关节型 选择方案的准则：
1.满足设设计要求：机械手能够旋转一定角度。 2.结构简单，便于计算分析。
分析比较以上四种运动形式，确定选用圆柱坐标型机器人。
1.3驱动方式的选择：
机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式
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进行分析比较。 1.液压驱动
机器人的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：
(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为2.5～6.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩；
(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度； (3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；
(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。
液压传动系统的不足之处是：
(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；
(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高； (3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会引起故障。
液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。 2.气压驱动
与液压驱动相比，气压驱动的特点是： (1)压缩空气粘度小，容易达到高速；
(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备； (3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；
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(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。 它的不足之处是：
(1)压缩空气常用压力为0.4～0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；
(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；
(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机器人失灵。此外，排气还会造成噪声污染。
气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。 3.电动机驱动
电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
本课题设计的机械手的特点：
1.点位控制进行搬运工作，采用顺序控制方式。 2.负载小，精度要求不高。 3.要求成本低。
根据以上特点，确定选用气压驱动。
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1.4总体结构设计
根据圆柱坐标型运动方式和气压驱动方式的选定，对机械手进行总体结构的设计，机械结构由摆动气缸、双联气缸、单联气缸和气爪组成，结构图如图1-5所示。
图1-5 机械手总体结构图
2.机械手手部设计
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