两个不连接在一起的物体的运动, 可以建模为一个无约束的六自由度关节。这对于移动机器人特别有用, 例如航空器, 最多间歇接触地面, 相对于固定坐标系自由运动的物体称为浮动基座。这样一个自由运动的关节模型可使得浮动基座在空间中的位置和姿态表示成六关节变量。六自由度关节模型见表 1.6 。

在实际的机器人机构中, 关节具有物理限制, 超出该限制的运动是被禁止的。机器人机构的工作空间 (见 1.5 节), 是在考虑到机构中的所有关节的物理限制和自由度的情况下确定的。旋转式关节易于由旋转式电动机驱动, 因而在机器人系统中极为常用。关节也可能以被动的、无驱动的形式呈现, 这些形式也非常常见, 但没有旋转式关节这么常见。棱柱关节相对来说易于由线性驱动器驱动, 如液压缸或气动缸、滚珠丝杜、螺旋千斤顶等。它们也具有运动限制, 因为单向滑动在理论上可产生无穷大偏移。螺旋关节在机器人机构中也较常见, 尽管线性驱动器如螺旋千斤顶、滚珠丝杜等很少用做运动主关节。具有多于一个自由度的关节, 在机器人机构中常用做被动关节, 这是因为主动关节的每个自由度需要独立驱动。在机器人机构中, 被动球面式关节很常见, 但被动平面式关节仅偶有所见。驱动式球关节, 利用运动学上等价为三个旋转式关节分别驱动实现。 万向节在机器人机构中既用于主动关节, 又用于被动关节。

串联链常简记为所含关节的顺序。例如, RPR 链含有三个连杆, 第一个连杆通过旋转式关节与基座连接, 第二个连杆带有棱柱式关节, 第二个和第三个 连杆采用另一个旋转式关节连接。如果所有关节是相同的, 则简记为关节数量和关节类型, 例如,   表示含有 6 个旋转式关节的六轴串联链操作器。

以硬件实现关节, 要比 1.3 .1 节和 1.3.2 节给出 的理想化情况复杂得多。例如, 一个旋转式关节由滚 珠轴承实现, 而滚珠轴承则有一系列封闭于两个轴套 之间的轴承滚珠构成。滚珠在轴套上作无滑动的理想滚动, 充分利用了滚动接触的特殊特性。一个棱柱关 节可由滚轴导轨组合构成。