5.1.1串联机器人的结构组成
5.1.2串联机器人的运动控制
5.2并联机器人简介
5.2.1并联机器人的结构组成
5.2.2并联机器人的运动控制
5.3经典应用案例
5.3.1串联机器人应用案例
5.3.2并联机器人应用案例
5.11P2
串联机器人简介（）
在智能制造蓬勃发展的同时工业机器人的发展越来越快速，各行各业
对机器人机械学的发展也越来越重视，从大范围来分机器人机械学可分为串
联机器人、并联机器人和串并联混合的混联机器人这三大类型。
串联机器人一般是由基座、腰关节、腰部、肩关节、大臂、小臂、
腕关节、手腕以串联的形式连接而形成的开链式结构。开链是指一种不含回
路的运动链，也称为开式运动链。如图5.1所示，由运动副和构件以串联的
形式组成的开链称之为单个开式链，即单开链（singlepended
chain,SOC)。一般而言串联机器人通常是由单开链组成的。该类机器人结构
简单，灵活性大，易控制、且具有很好的规避功能。常被应用各种领域，如
工业中的机械手夹具、航天领域中导航陀螺仪和生活中的雷达天线等。如果
多个单开链互相结合在一起，就形成了树状开链，如图5.2所示。除了线性
方面，在平面和空间上，单开链有平面开链和空间开链之分。平面单开链是
指所有运动副都在同一个平面内运动，平面串联机器人就是平面单开链组成
的串联机器人；而空间单开链式指运动副在不同的平面内运动，则空间串联
机器人就是由空间单开链组成的串联机器人。（P15）
近年来研究人员对机器人的各个部件以及各个部件的性能进行了特殊研
究，改进了机器人各部件的结构使其获得更好的运动性能，这些研究对推广
串联机器人的广泛运用有重要的意义。
图5.1单开链图5.2树状开链
除了上述串联机器人的优点，也有明显的不足，如各关节均为悬臂结
构，这就意味着在相同的自重条件或者体积下与并联机器人相比，串联机器
人的承重能力更低，刚度也下降，这就使得串联机器人的各个关节误差的累
计与放大，在误差大的同时它的精度就会减低。机器人的驱动电动机及传动
系统大多数都放在运动的大小臂上，串联机器人的关节连结增加了系统惯
性，使其动力性能变差，这就为给串联机器人的推广增加了难度。突破这些
难题是我们主要学习的内容。
5.1.1串联机器人的结构组成
前面提到了串联机器人通常是由单开链组成，也就是说串联机器人的最
基本机构是单开链（SOC）。因此想要更好的研究串联机器人，为进一步学习
机器人打好良好的基础，就必须要先了解单开链的机构以及对其进行研究的
方法。
本节以机器人操作器为例，介绍串联机器人的组成与结构。最典型最常
见的串联工业机器人是由装在工作台上的固定机架上的开式运动链组成的机
器人，这类机器人成为关节型工业机器人。
如图5.3所示为**公司生产的典型6自由度关节式工业机器人，即六轴
机器人，该机器人可分为码垛机器人、焊接机器人、喷涂机器人、传送机
器人和装卸机器人等，该类机器人的组成元素主要是由运动副以及刚性连
杆组成，我们常称之为机械手或者操作器。在开链式的末端或串联机器人的
末端即自由端，会由一个夹持式手抓，即末端执行器。机械手的末端执行器
可以是钻头、油漆喷枪、焊枪、真空吸头等，这些根据工作性质的不同，执
行器也有所变化。如需要抓取实物可以装接码垛末端执行器；需要焊接材料
可以装接焊接末端执行器等，由此可知，串联机器人是指机器人的执行系
统，也就包括末端执行器握持工具或弓箭的机械装置，包括各种为完成工作
所需的运动和操作任务的所有机械部分。如图5.4所示，这是串联机器人的
整体机构组成部份，包括基座、腰关节、腰部、肩关节、大臂、小臂、肘关