工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。
1.直角坐标机器人结构
直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度。但是，直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。
直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。
下图为直角坐标机器人：
2.圆柱坐标机器人结构
圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。
示意图如下：
3. 球坐标机器人结构
球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
示意图如下：
4. 关节型机器人结构
关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。
关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。
下图为六轴机器人：
工业机器人通常由执行机构、驱动一传动装置和控制系统三部分组成(如下图所示)。
1．执行机构
执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由杆件和关节组成。
2．驱动和传动装置
工业机器人的驱动和传动装置包括驱动器和传动机构两个部分，它们通常与执行机构连成一体。传动机构常用的有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带以及各种齿轮轮系。驱动器通常有伺服电机、液压或气动装置，目前使用最多的是交流伺服电机。
3．控制系统
控统一般由控制计算机和伺服控制器组成。前者发出指令协调各关节驱动器之间的运动，同时还要完成编程、示教／再现以及和其他环境状况(传感器信息)、工艺要求、外部相关设备(如电焊机)之间的信息传递和协调工作。后者控制各关节驱动器，使各杆按一定的速度、加速度和位置要求进行运动。
1 设计的相关信息
目标：用机器人给四台数控机床自动上下料，全程无人参与加工。
加工工件：调心滚子轴承内圈，内径∮260mm，外径∮330mm,重量为30KG。
机床数量：四台磨床+三台退磁清洗机
工件的加工节拍：180S/件
加工工艺流程：内圈外径磨——退磁清洗——内圈双滚道磨——退磁清洗——内圈内径磨——退磁清洗——超精滚道
根据已知信息，从占地面积及工艺流程的流畅性和可行性进行分析，作出了以下比较合理的布局方式，如下图：
图中OP10为内圈外径磨，OP10为内圈双滚道磨，OP30为内圈内径磨，OP40为超精滚道。
一般机器人手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。
机器人夹爪的驱动方式主要有三种
1.气动驱动方式 是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。由于气动驱动系统价格较低并且系统相对简单，所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性，这一点是抓取动作十分需要的。
2.电动驱动方式 电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪，一般采用直流伺服电机或步进电机，并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。电动驱动方式可实现手爪的力与位置控制。但是，这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下，因为电机有可能产生火花和发热。另外，用电机作为夹爪的驱动方式，结构体积较大且较重，不适宜安装在负载能力有限的机器人终端轴上。
3.液压驱动方式 液压驱动系统传动刚度大，可实现连续位置控制。但系统较复杂，管路较多，在一定程度上会限制机器人的活动范围，不利于机构设计。
1.楔块杠杆式手爪
利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。
2.滑槽式手爪
当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。
3.连杆杠杆式手爪
这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（松开）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。
4.齿轮齿条式手爪
这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。
5.平行杠杆式手爪
采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。
结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式的手爪。驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工件的直径来调定。本设计按照工件的直径为330mm来设计。手爪的具体结构形式如下图所示：
因六轴机器人的相关技术已经很成熟，直接采购比自己开发的机器人会更可靠更便宜，故机器人只需要在知名品牌中选型并购买即可，无需自己设计。
为了提高机器人给机床上下料的效率，在机器人的第六轴上安装两个夹爪，可以同时夹持两个工件。机器人首先从上料仓抓取一个待加工的毛坯，当机床加工完毕后打开门，机器人进入机床内，用空的夹爪将加工好的工件取下来，然后旋转180度，将毛坯件装到机床夹具上，最后退出机床。在上下料的过程中动作一贯相连，提高了自动上下料的效率。
当两个夹爪都夹持工件时，机器人所承受的负载最大，所以在机器人的选型过程中，一定要注意机器人的负载能力，另外还要看机器人最大的活动范围是否可以覆盖机器人搬运的目的地点。
当机器人两夹爪都夹持工件时，负载
G＝（工件重量M1+夹爪重量M2）*2+结构件重量M3
＝（30+10）*2+30
＝110KG
根据负载情况查看相关机器人生产厂家的选型手册，我们选日本安川机器人，选择出合理的机器人型号。通过查找对比，安川的MOTOMAN MH165这款机器人比较符合以上的条件。其相关参数如下图：
通过了增加机器人外部轴行走机构，实现了一台机器人多工位操作，从而大大提高了机器人的利用率，降低设备的投入成本。
行走机构主要是由移动板部分和行走机构底座部分组成，移动板部分上的伺服电机由配备该设备的机器人控制柜进行控制，该部分可以实现机器人的直线运动，从而实现在同工位之间的切换，该部分被称作机器人的外部追加直线轴。直线行走的工作原理是由安装在移动板上的伺服电机通过行星减速机驱动齿轮齿条，使移动板上的六轴机器人可以精确的到达第七轴上的任意位置点。
如下图所示：
机器人的直线行走由两条平行的滑轨带四个安装滑块进行导向，确保移动位置的精度。通过计算可得到机器人加上移动板及其他结构件的总重量约为1.6T，根据滑轨的参数分析，选择滑轨宽度为45mm系列。从以往的设计经验来看，齿轮齿条的模数暂时取m=3，齿数取z=25，在此场合下强度应该足够。
为满足生产节拍的需要，现设定机器人行走的速度为1.5M/S,伺服电机选中贯量的，额定转速为2000r/min,则可求出减速机的减速比：
i=60v/3.14dn＝5.95,取整得减速比为1：6。
伺服电机功率计算：
电机的启动和停止所需的力矩必须大摩擦力和惯性力的合力。因移动部分的重量为约1.5T，所以加速度不能取太大，暂定为1.5M/S^2。
合力
F＝f+F惯
＝uN+ma
=0.05*1.5*10^4+1.5*1.5*10^3
=3*10^3N
对减速机输出轴之矩：
T＝F*d/2
=3*10^3*4*10^-2/2
=120N
电机功率：
P＝nT/(9550*6)=4.1KW 取P＝5KW
标准件的选型确定后，即可根据其安装尺寸进行其余的结构件设计。之后再进行一些相关的校核工作，比如齿轮齿条的校核等。
机器人的主体结构设计好后，接着就要设计后面的上料仓，外围的防护栏等。
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：
1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。
2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。
3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。
4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。
5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。
7．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
8．微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。
9．软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。
工业机器人机床上下料应用
