前言：

現今工業機器人主要分兩大類——直角坐標機器人和關節機器人，這兩類機器人均適合用于諸多工業領域的機械自動化作業，比如，自動裝配、噴漆、搬運碼垛、焊接等工作。沈陽萊機機電多年從事機器人事業，本文是結合沈陽萊茵機電的經驗及知識來主要介紹直角坐標機器人和關節機器人的特性，以及兩種機器人的應用對比。這些對比分析來自我們的經驗及認識，有其局限性，不充分，僅供朋友們參考。

一、直角坐標機器人

1、概念：

基于空間XYZ直角坐標系編程、有三軸及以上自由度，能夠實現自動控制、可重復編程反復應用，適合不同任務的自動化設備。

它能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業。關于機器人的定義隨著科技的不斷發展，在不斷的完善，直角坐標機器人作為機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。

2、特點：

1）任意組合成各種樣式，形成兩軸到六軸不同結構形式。

2） 超大行程：單根最多長度是6米，但可以多根方便地級連成超大行程，例如50米長。

3）負載能力強：通常是到200公斤，但當采用多根多滑塊結構時其負載能力可增加到數噸。

4）高動態特性：輕負載時其最高運行速度每秒8米，加速度每秒5米。

5）高精度：重復定位精度可達到0.05mm～0.01mm。

6）擴展能力強：可以方便改變結構或通過編程來適合新的應用。

7）簡單經濟：編程簡單類同數控銑床，易培訓員工和維修，使其具有非常好的經濟性。

8）壽命長：直角坐標機器人的壽命一般是10年以上，維護好可達40年。

9) 應用范圍廣：可以方便地裝配多種形式和尺寸的手爪，可以勝任許多常見的工作，如焊接、切割，搬運、上下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼和噴涂等任務。



圖1是一個典型的3D直角坐標機器人，它由X軸,Y軸,Z軸及驅動電機組成。此外一個完整的機器人系統還需要控制系統和手抓。

二、關節機器人

1、概念：

也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，有很高的靈活度，通常5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。



2、特點:

1) 有很高的自由度，靈活性， 從不同角度不同方位來工作。

2) 速度可達6米/秒，加速度10米/每秒；工作效率高，

3）經常在網絡或電視里看到，較為世人所熟悉和接受。

4) 6軸機器人主要應用于汽車點焊，弧焊，裝配（擰螺絲），檢測類這些輕巧類工作。

5）人們開發了4軸搬運碼垛類機器人。

三、特點及應用分析對比

1、工作空間與承載能力：

1）直角坐標型標準單根長度6m，拼裝后可達到100m；組合成龍門式機器人，其工作空間可以是非常的三維立體空間。單根承載10~200kg,特殊結構可達2400 Kg。

2）關節型最大工作半徑3m，在有效半徑內可以任何角度工作。關節機器人工作半徑所在的園周內要做安全隔離，所以通常占用更大的空間。不適合大距離空間工作，或放置到直線運動單元上。承載能力有幾種規格5~20Kg可選，但最大1300Kg，這時及其昂貴。

說明：常見的關節型機器人的工作半徑越大、強度也要大，對于承載能力越強，但為保證其穩定的機械結構，造價會非常高。

直角坐標型的龍門框架結構，承載能力強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很多。

2、工作精度

1）直角坐標型：由于結構簡單，重復定位精度0.05mm，絲杠型可達0.01mm，甚至更高。

2）關節型：重復定位精度0.06mm,輕載荷小半徑0.02mm,重載荷精度0.2mm。

說明：在通常情況下，兩種機器人均可滿足精度要求。其中絲杠型直角坐標機器人更適合對精度要求更加苛刻的行業。

3、組合方式

1）直角坐標型組合方式多樣，龍門式、懸臂式、壁掛式等，可根據不同的負載、行程、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求產品。同時，X、Y、Z三軸基礎上可以擴展旋轉軸和翻轉軸，構成五自由度和六自由度機器人。

2）關節型可細分為6自由度機器人、Scara機器人、四連桿機器人，種類相對少，選擇性和靈活性較直角坐標型小很多。

4、機械安裝及維護

1）直角坐標型為模塊化產品，在工廠全部預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。

模塊化產品，用戶可以自行拆卸、更換或維護，所有機械零件均為通用品，維修維護費用低。

2）關節型集成化程度高，整體性好，但需要專業人員進行機械安裝。安裝空間較直角坐標型小，但是其工作空間是其整個工作半徑，工作區域需要做防護處理，故設備總占地面積不小于直角坐標型。

由于機械化程度高及控制非常復雜，維修和維護必須由廠家或供應商的專業人員完成（國外進口品牌的維護費用在300元/小時左右），用戶往往面臨兩個問題高價維修或報廢處理。

5、軟件編程操控和維護

1）從電氣系統到上位機直角坐標型都是開放、靈活的，適用任何品牌的PLC、CNC、伺服驅動系統，甚至可以按用戶熟悉品牌選定。編程簡單，用戶可以隨意擴展，操控簡單易操作。

完全的交鑰匙工程，簡單程序問題和硬件故障，客戶可以自行處理，例如更換驅動電機、PLC等，維護費用低。

2）關機型機器人：軟件系統集成化，庫函數直接調用，是其軟件優點。但編程和操控必須由供應商通過專業培訓才能完成（廠家軟件編程費用300元/小時），而且特殊軟件需要收費。

維護和維修完全受制于人，由于品牌互相不兼容，硬件故障必須由供應商或廠家直接提供，非市場通用產品，費用高昂。

6、前期投入成本：不考慮后期維護維修費用，以60Kg負載碼垛機器人為例

直角坐標機器人：25~40萬

關節機器人：60~80萬

7、根據國內外的應用案例，對不同行業的應用情況對比如下：