工業(yè)機器人的結構、驅動(dòng)及控制系統

本文通過(guò)圖文結合的方式，詳細介紹了工業(yè)機器人結構、驅動(dòng)及技術(shù)指標各項內容。

一、常用運動(dòng)學(xué)構形

1、笛卡爾操作臂

優(yōu)點(diǎn)：很容易通過(guò)計算機控制實(shí)現，容易達到高精度。缺點(diǎn)：妨礙工作, 且占地面積大, 運動(dòng)速度低, 密封性不好。

①焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。

②特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對于穩定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代有著(zhù)十分重要的作用。

2、鉸鏈型操作臂(關(guān)節型)

關(guān)節機器人的關(guān)節全都是旋轉的， 類(lèi)似于人的手臂,工業(yè)機器人中最常見(jiàn)的結構。它的工作范圍較為復雜。

①汽車(chē)零配件、模具、鈑金件、塑料制品、運動(dòng)器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速檢測及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

②車(chē)身裝配、通用機械裝配等制造質(zhì)量控制等的三坐標測量及誤差檢測。

③古董、藝術(shù)品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽車(chē)整車(chē)現場(chǎng)測量和檢測。

⑤人體形狀測量、骨骼等醫療器材制作、人體外形制作、醫學(xué)整容等。

3、SCARA操作臂

SCARA機器人常用于裝配作業(yè), 最顯著(zhù)的特點(diǎn)是它們在x-y平面上的運動(dòng)具有較大的柔性, 而沿z軸具有很強的剛性, 所以, 它具有選擇性的柔性。這種機器人在裝配作業(yè)中獲得了較好的應用。

①大量用于裝配印刷電路板和電子零部件

②搬動(dòng)和取放物件，如集成電路板等

③廣泛應用于塑料工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域.

④搬取零件和裝配工作。

4、球面坐標型操作臂

特點(diǎn)：中心支架附近的工作范圍大,兩個(gè)轉動(dòng)驅動(dòng)裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標復雜, 難于控制,且直線(xiàn)驅動(dòng)裝置存在密封的問(wèn)題。

5、圓柱面坐標型操作臂

優(yōu)點(diǎn)：且計算簡(jiǎn)單;直線(xiàn)部分可采用液壓驅動(dòng),可輸出較大的動(dòng)力; 能夠伸入型腔式機器內部。缺點(diǎn)：它的手臂可以到達的空間受到限制, 不能到達近立柱或近地面的空間;直線(xiàn)驅動(dòng)部分難以密封、防塵; 后臂工作時(shí), 手臂后端會(huì )碰到工作范圍內的其它物體。

6、冗余機構

通?？臻g定位需要6個(gè)自由度，利用附加的關(guān)節可以幫助機構避開(kāi)奇異位形。下圖為7自由度操作臂位形

7、閉環(huán)結構

閉環(huán)結構可以提高機構剛度，但會(huì )減小關(guān)節運動(dòng)范圍，工作空間有一定減小。

①運動(dòng)模擬器;

②并聯(lián)機床;

③微操作機器人;

④力傳感器;

⑤生物醫學(xué)工程中的細胞操作機器人、可實(shí)現細胞的注射和分割;

⑥微外科手術(shù)機器人;

⑦大型射電天文望遠鏡的姿態(tài)調整裝置;

⑧混聯(lián)裝備等，如SMT公司的Tricept混聯(lián)機械手模塊是基于并聯(lián)機構單元的模塊化設計的成功典范。

工業(yè)機器人的幾種常用結構形式(圖)

二、機器人的主要技術(shù)參數

機器人的技術(shù)參數反映了機器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設計、應用機器人必須考慮的問(wèn)題。機器人的主要技術(shù)參數有自由度、分辨率、工作空間、工作速度、工作載荷等。

1、自由度

機器人具有的獨立坐標軸運動(dòng)的數目。 機器人的自由度是指確定機器人手部在空間的位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨立運動(dòng)參數的數目。手指的開(kāi)、合，以及手指關(guān)節的自由度一般不包括在內。.機器人的自由度數一般等于關(guān)節數目。 機器人常用的自由度數一般不超過(guò)5～6個(gè)。

2、關(guān)節(Joint)

即運動(dòng)副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動(dòng)的機構。

3、工作空間

機器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達到的所有空間區域。其形狀取決于機器人的自由度數和各運動(dòng)關(guān)節的類(lèi)型與配置。機器人的工作空間通常用圖解法和解析法兩種方法進(jìn)行表示。

4、工作速度

機器人在工作載荷條件下、勻速運動(dòng)過(guò)程中，機械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內所移動(dòng)的距離或轉動(dòng)的角度。