为了使X-Y-Z直角坐标机器人实现高速度和高精度运动,该直角坐标机器人在X方向和Y方向的机械结构设计中,并没有采用传统的滚珠丝杠和同步带等带有中间传动机构的设计。该直角坐标机器人在X方向采用了直线电机直接驱动。同时在Y方向也采用了直驱,由于Y方向横梁上有两个末端执行器来回往复运动,所以在Y方向设计了带有两个动子的轴式直线电机来实现直驱。该直角坐标机器人的控制系统以触摸屏为上位机,PLC为下位机,X方向的运动和Y方向的运动都是用光栅尺和光栅编码器作为位置反馈,形成闭环控制。采用直驱很大程度上提高了该直角坐标机器人的运动速度和精度。但是该直角坐标机器人在X方向不只是一侧采用直线电机驱动,而是采用了对称设计的冗余驱动方案。但是冗余驱动会造成运动控制上的困难,进而会影响系统的运动平稳性。为了消除冗余驱动带来的问题,本文进一步从机构学原理出发,利用连杆机构,并对连杆机构进行拓扑分析,将一个冗余双驱动的刚性机构变成了一个有确定运动的非冗余二自由度五杆机构。最后将五杆机构的非驱动关节设计为柔性关节。当柔性关节替换了刚性关节后,为了使系统性能能够满足设计要求,建立了一个无量纲的目标函数。通过正交优化算法给出柔性关节的最优设计尺寸。有限元分仿真结果表明采用柔性关节不仅顺利的消除了冗余驱动,还提升了整个直角坐标机器人的运动性能。模态分析的结果也表明该直角坐标机器人很好的避免了共振。