工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動及控制系統(tǒng)

本文通過圖文結(jié)合的方式，詳細介紹了工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)、驅(qū)動及技術指標各項內(nèi)容。

一、常用運動學構(gòu)形

1、笛卡爾操作臂

優(yōu)點：很容易通過計算機控制實現(xiàn)，容易達到高精度。缺點：妨礙工作, 且占地面積大, 運動速度低, 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、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(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代有著十分重要的作用。

2、鉸鏈型操作臂(關節(jié)型)

關節(jié)機器人的關節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的， 類似于人的手臂,工業(yè)機器人中最常見的結(jié)構(gòu)。它的工作范圍較為復雜。

①汽車零配件、模具、鈑金件、塑料制品、運動器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速檢測及產(chǎn)品開發(fā)。

②車身裝配、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、藝術品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽車整車現(xiàn)場測量和檢測。

⑤人體形狀測量、骨骼等醫(yī)療器材制作、人體外形制作、醫(yī)學整容等。

3、SCARA操作臂

SCARA機器人常用于裝配作業(yè), 最顯著的特點是它們在x-y平面上的運動具有較大的柔性, 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)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領域.

④搬取零件和裝配工作。

4、球面坐標型操作臂

特點：中心支架附近的工作范圍大,兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標復雜, 難于控制,且直線驅(qū)動裝置存在密封的問題。

5、圓柱面坐標型操作臂

優(yōu)點：且計算簡單;直線部分可采用液壓驅(qū)動,可輸出較大的動力; 能夠伸入型腔式機器內(nèi)部。缺點：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;直線驅(qū)動部分難以密封、防塵; 后臂工作時, 手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。

6、冗余機構(gòu)

通?？臻g定位需要6個自由度，利用附加的關節(jié)可以幫助機構(gòu)避開奇異位形。下圖為7自由度操作臂位形

7、閉環(huán)結(jié)構(gòu)

閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以提高機構(gòu)剛度，但會減小關節(jié)運動范圍，工作空間有一定減小。

①運動模擬器;

②并聯(lián)機床;

③微操作機器人;

④力傳感器;

⑤生物醫(yī)學工程中的細胞操作機器人、可實現(xiàn)細胞的注射和分割;

⑥微外科手術機器人;

⑦大型射電天文望遠鏡的姿態(tài)調(diào)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(gòu)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(jié)構(gòu)形式(圖)

二、機器人的主要技術參數(shù)

機器人的技術參數(shù)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題。機器人的主要技術參數(shù)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的數(shù)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)時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。手指的開、合，以及手指關節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。.機器人的自由度數(shù)一般等于關節(jié)數(shù)目。 機器人常用的自由度數(shù)一般不超過5～6個。

2、關節(jié)(Joint)

即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。

3、工作空間

機器人手臂或手部安裝點所能達到的所有空間區(qū)域。其形狀取決于機器人的自由度數(shù)和各運動關節(jié)的類型與配置。機器人的工作空間通常用圖解法和解析法兩種方法進行表示。

4、工作速度

機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度。