1.基本说明

工作范围（Working Range）又称为作业空间，它是衡量机器人作业能力的重要指标，工作范围越大，机器人的作业区域也就越大。机器人样本和说明书中所提供的工作范围是指机器人在未安装末端执行器时，其参考点（手腕基准点）所能到达的空间。

工作范围的大小取决于机器人各个关节的运动极限范围，它与机器人的结构有关。工作范围应剔除机器人在运动过程中可能产生自身碰撞的干涉区域；此外，机器人实际使用时，还需要考虑安装了末端执行器之后可能产生的碰撞，因此，实际工作范围还应剔除执行器与机器人碰撞的干涉区域。

机器人的工作范围内还可能存在奇异点（Singular Point）。所谓奇异点，是由于结构的约束，导致关节失去某些特定方向的自由度的点，奇异点通常存在于作业空间的边缘，如奇异点连成一片，则称为“空穴”。机器人运动到奇异点附近时，由于自由度的逐步丧失，关节的姿态需要急剧变化，这将导致驱动系统承受很大的负载而产生过载。因此，对于存在奇异点的机器人来说，其工作范围还需要剔除奇异点和空穴。

2.作业空间

机器人的工作范围主要取决于定位机构的结构形态。作为典型结构，参考点在三维空间的定位可通过三轴直线运动（直角坐标型）、二轴直线加一轴回转或摆动（圆柱坐标型）、一轴直线加二轴回转或摆动（球坐标型）、三轴回转或摆动（关节型、并联型）方式实现。

在以上定位方式中，直角坐标型和并联型结构的机器人工作范围涵盖坐标轴的全部运动区域，故可进行如图2－30所示的全范围作业。

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图2－30　全范围作业机器人

（a）直角坐标型；（b）并联型

直角坐标型机器人（Cartesian Coordinate Robot）的参考点定位通过三轴直线运动实现，其作业空间为如图2－30（a）所示的三维空间的实心立方体；并联型机器人（Parallel Robot）的参考点定位通过3个并联轴的摆动实现，其作业范围为如图2－30（b）所示的三维空间的锥底圆柱体。

圆柱坐标型、球坐标型和关节型机器人的工作范围，需要去除机器人的运动死区，故只能进行如图2－31所示的部分空间作业。

圆柱坐标型机器人（Cylindrical Coordinate Robot）的参考点定位通过二轴直线加一轴回转摆动实现，其作业范围为如图2－31（a）所示的三维空间的部分圆柱体；水平串联结构（SCARA结构）机器人的定位方式与圆柱坐标型机器人类似，其作业范围同样为三维空间的部分圆柱体。球坐标型机器人（Polar Coordinate Robot）的参考点定位通过一轴直线加二轴回转摆动实现，其作业范围为如图2－31（b）所示的三维空间的部分球体。垂直串联关节型机器人（Articulated Robot）的参考点定位通过三轴关节的回转摆动实现，其作业范围为如图2－31（c）所示的三维空间的不规则球体。

图2－31　部分范围作业机器人

（a）圆柱坐标型；（b）球坐标型；（c）垂直串联关节型