工業(yè)機器人的結構、驅動(dòng)及控制系統

5、工作載荷

指機器人在工作范圍內任何位置上所能承受的最大負載，一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示。還和運行速度和加速度大小方向有關(guān)，一般規定高速運行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標。

6、分辨率

能夠實(shí)現的最小移動(dòng)距離或最小轉動(dòng)角度。

7、精度

重復性或重復定位精度：指機器人重復到達某一目標位置的差異程度?；蛟谙嗤奈恢弥噶钕?，機器人連 續重復若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復度。

三、機器人常用材料

1)碳素結構鋼和合金結構鋼 這類(lèi)材料強度好，特別是合金結構鋼，其強度增大了4～5倍，彈性模量E大，抗變形能力強，是應用最廣泛的材料。

2)鋁、鋁合金及其他輕合金材料 這類(lèi)材料的共同特點(diǎn)是重量輕，彈性模量E并不大，但是材料密度小，故E/ρ之比仍可與鋼材相比。有些稀貴鋁合金的品質(zhì)得到了更明顯的改善，例如添加3.2%(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14%，E/ρ比增加了16%。

3)纖維增強合金 這類(lèi)合金如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等，其E/ρ比分別達到11.4×107和8.9×107。這種纖維增強金屬材料具有非常高的E/ρ比，但價(jià)格昂貴。

4)陶瓷 陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，不易加工，日本已經(jīng)試制了在小型高精度機器人上使用的陶瓷機器人臂樣品。

5)纖維增強復合材料 這類(lèi)材料具有極好的E/ρ比，而且還具有十分突出的大阻尼的優(yōu)點(diǎn)。傳統金屬材料不可能具有這么大的阻尼，所以在高速機器人上應用復合材料的實(shí)例越來(lái)越多。

6)粘彈性大阻尼材料 增大機器人連桿件的阻尼是改善機器人動(dòng)態(tài)特性的有效方法。目前有許多方法用來(lái)增加結構件材料的阻尼，其中最適合機器人采用的一種方法是用粘彈性大阻尼材料對原構件進(jìn)行約束層阻尼處理。

四、機器人主要結構

㈠、機器人驅動(dòng)裝置

概念：要使機器人運行起來(lái), 需給各個(gè)關(guān)節即每個(gè)運動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置 作用：提供機器人各部位、各關(guān)節動(dòng)作的原動(dòng)力。

驅動(dòng)系統：可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng), 或者把它們結合起來(lái)應用的綜合系統; 可以是直接驅動(dòng)或者是通過(guò)同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動(dòng)機構進(jìn)行間接驅動(dòng)。

1、電動(dòng)驅動(dòng)裝置

電動(dòng)驅動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅動(dòng)比較困難。

電動(dòng)驅動(dòng)裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機驅動(dòng)和步進(jìn)電機驅動(dòng)。 直流伺服電機電刷易磨損，且易形成火花。無(wú)刷直流電機也得到了越來(lái)越廣泛的應用。 步進(jìn)電機驅動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機器人系統。

電動(dòng)上電運行前要作如下檢查：

1)電源電壓是否合適(過(guò)壓很可能造成驅動(dòng)模塊的損壞); 對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯，驅動(dòng)控制器上的電機型號或電流設定值是否合適(開(kāi)始時(shí)不要太大);

2)控制信號線(xiàn)接牢靠，工業(yè)現場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題(如采用雙絞線(xiàn));

3)不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線(xiàn)全接上，只連成最基本的系統，運行良好后，再逐步連接。

4)一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。

5)開(kāi)始運行的半小時(shí)內要密切觀(guān)察電機的狀態(tài)，如運動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現問(wèn)題立即停機調整。

2、液壓驅動(dòng)

通過(guò)高精度的缸體和活塞來(lái)完成，通過(guò)缸體和活塞桿的相對運動(dòng)實(shí)現直線(xiàn)運動(dòng)。

優(yōu)點(diǎn)：功率大，可省去減速裝置直接與被驅動(dòng)的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動(dòng)具有較高的精度。

缺點(diǎn)：需要增設液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅動(dòng)目前多用于特大功率的機器人系統。

選擇適合的液壓油。 防止固體雜質(zhì)混入液壓系統，防止空氣和水入侵液壓系統 。機械作業(yè)要柔和平順機械作業(yè)應避免粗暴，否則必然產(chǎn)生沖擊負荷，使機械故障頻發(fā)，大大縮短使用壽命。

要注意氣蝕和溢流噪聲。作業(yè)中要時(shí)刻注意液壓泵和溢流閥的聲音，如果液壓泵出現“氣蝕”噪聲，經(jīng)排氣后不能消除，應查明原因排除故障后才能使用。 保持適宜的油溫。液壓系統的工作溫度一般控制在30～80℃之間為宜。

3、氣壓驅動(dòng)

氣壓驅動(dòng)的結構簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。 .但與液壓驅動(dòng)裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機器人。

(1)具有速度快、系統結構簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負荷的機器人中采用。但因難于實(shí)現伺服控制，多用于程序控制的機械人中，如在上、下料和沖壓機器人中應用較多。

(2)在多數情況下是用于實(shí)現兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機器人中的。

(3)控制裝置目前多數選用可編程控制器(PLC控制器)。在易燃、易爆場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。

㈡、直線(xiàn)傳動(dòng)機構。

傳動(dòng)裝置是連接動(dòng)力源和運動(dòng)連桿的關(guān)鍵部分，根據關(guān)節形式，常用的傳動(dòng)機構形式有直線(xiàn)傳動(dòng)和旋轉傳動(dòng)機構。

直線(xiàn)傳動(dòng)方式可用于直角坐標機器人的X、Y、Z向驅動(dòng)，圓柱坐標結構的徑向驅動(dòng)和垂直升降驅動(dòng)，以及球坐標結構的徑向伸縮驅動(dòng)。

直線(xiàn)運動(dòng)可以通過(guò)齒輪齒條、絲杠螺母等傳動(dòng)元件將旋轉運動(dòng)轉換成直線(xiàn)運動(dòng)，也可以有直線(xiàn)驅動(dòng)電機驅動(dòng)，也可以直接由氣缸或液壓缸的活塞產(chǎn)生。