機器人臂部是機器人的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并改變 手部在空間的位置。機器人的臂部一般具有多個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰 或升降等。

機器人的臂部的結(jié)構形式需要根據(jù)機器人的運動形式、抓取質(zhì)量、動作自 由度、運動精度、受力情況、驅(qū)動單元的布置、線纜的布置與手腕的連接形式等 因素來確定，其總質(zhì)量較大，受力較復雜，其運動部分零部件的質(zhì)量直接影響 著臂結(jié)構的剛度和強度。因此設計臂部時一般要注意下述要求：

(1)剛度要大。為防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂截面形狀的選擇要合理。

(2)導向性要好。為防止手臂在直線運動中沿運動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，設置導向裝置，或設計方形、花鍵等形式的臂桿。

(3)偏重力矩要小。要盡量減小臂部運動部分的質(zhì)量，以減小偏重力矩和整 個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和臂部的質(zhì)量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。

機器人運動學研究末端執(zhí)行器位姿與關節(jié)變量的關系，包括正向運動學 和逆向運動學。由于空間連桿機構的復雜性，機器人的逆向運動學比正向運學要復雜得多。

機器人運動學的研究與空間機構學具有密切的關系，研究方法主要包括 圖解法和解析法兩大類。圖解法由于具有很強的局限性，因而沒有得到更多 的發(fā)展。Denavit 和 Hartenberg 提出使用齊次矩陣表示法來描述機構連桿間 的關系，該法后來經(jīng)過Paul 的適當修正。D-H 矩陣法由于憑借單變量確定 相鄰連桿之間的變換矩陣，又有十分成熟的矩陣分析理論，被廣泛應用于機器 人的運動學問題。

從機構角度看，機器人由一系列關節(jié)連接起來的連桿所組成。把關節(jié)坐 標系固連在機器人的每一個連桿上，可以用齊次變換來描述這些坐標系之間 的相對位置和方向。而描述一個連桿相對于相鄰連桿之間關系的齊次變換矩 陣記為A 矩陣。如A₁ 描述第1個連桿相對于參考坐標系的位姿，A₂ 描述第2 個連桿相對于第1個連桿坐標系的位姿。則第2個連桿相對于參考坐標系的 位姿可用下述矩陣表示：

T₂=A₁A₂ (2-1)

類似地，A₃ 描述第3個連桿相對于第2個連桿的位姿，則第3個連桿相對 參考坐標系的位姿為

T₃=A₁A₂A₃ (2-2)

A₁,A₂,A₃ 矩陣之積稱為T₃ 矩陣。如此類推，若有一個六連桿機器人，則 有

T₆=A₁A₂ A₃A₄A₅A₆ (2-3)

機器人的末端執(zhí)行器分別用3個自由度來確定其位置，3個自由度確定其 方向。用式(2-3)的T₆ 可以表示。如圖2-1所示的一個機器人手部，Oxyz 為絕對坐標系，用3個單位向量n, o 和a 描述機器人的姿態(tài)。 n 表示 法向量，其分量為T₆ 系的Ox 軸對 絕對坐標系的3個方向余弦；0表示 端面矢量，其分量為 T₆ 系 的Oy 軸 對絕對坐標系的3個方向余弦；a 表 示接近矢量，其分量為 T₆系 的Oz軸 對 絕 對 坐 標 系 的 3 個 方 向 余 弦 ，

表示手部執(zhí)行器向被抓物運動的方向；P 表示 T₆ 系的原點在絕對坐標系中的 位置矢量。這樣，變換T₆