工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)

1、齒輪齒條裝置

通常齒條是固定的。齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成托板的直線運(yùn)動(dòng)。

· 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單。

· 缺點(diǎn)：回差較大。

2、滾珠絲杠

在絲杠和螺母的螺旋槽內(nèi)嵌入滾珠，并通過螺母中的導(dǎo)向槽使?jié)L珠能連續(xù)循環(huán)。

· 優(yōu)點(diǎn)：摩擦力小，傳動(dòng)效率高，無爬行，精度高

· 缺點(diǎn)：制造成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

自鎖問題：理論上滾珠絲杠副也可以自鎖,但是實(shí)際應(yīng)用上沒有使用這個(gè)自鎖的,原因主要是：可靠性很差，或加工成本很高;因?yàn)橹睆脚c導(dǎo)程比非常大，一般都是再加一套蝸輪蝸桿之類的自鎖裝置。

㈢、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

采用旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的是將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)源輸出的較高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成較低轉(zhuǎn)速，并獲得較大的力矩。機(jī)器人中應(yīng)用較多的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪鏈、同步皮帶和諧波齒輪。

1、齒輪鏈

(1)轉(zhuǎn)速關(guān)系

(2)力矩關(guān)系

2、同步皮帶

同步帶是具有許多型齒的皮帶，它與同樣具有型齒的同步皮帶輪相嚙合。工作時(shí)相當(dāng)于柔軟的齒輪。

· 優(yōu)點(diǎn)：無滑動(dòng)，柔性好，價(jià)格便宜，重復(fù)定位精度高。

· 缺點(diǎn)：具有一定的彈性變形。

3、諧波齒輪

諧波齒輪由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成，一般剛性齒輪固定，諧波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)柔性齒輪旋轉(zhuǎn)。主要特點(diǎn)：

(1)、傳動(dòng)比大，單級(jí)為50—300。

(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高。

(3)、傳動(dòng)效率高,可達(dá)70%—90%。

(4)、傳動(dòng)精度高,比普通齒輪傳動(dòng)高3—4倍。

(5)、回差小，可小于3’。

(6)、不能獲得中間輸出，柔輪剛度較低。

諧波傳動(dòng)裝置在機(jī)器人技術(shù)比較先進(jìn)的國家已得到了廣泛的應(yīng)用。僅就日本來說，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的60%都采用了諧波傳動(dòng)。

美國送到月球上的機(jī)器人，其各個(gè)關(guān)節(jié)部位都采用諧波傳動(dòng)裝置，其中一只上臂就用了30個(gè)諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

前蘇聯(lián)送入月球的移動(dòng)式機(jī)器人“登月者”，其成對安裝的8個(gè)輪子均是用密閉諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的。 .德國大眾汽車公司研制的ROHREN、GEROT R30型機(jī)器人和法國雷諾公司研制的VERTICAL 80型機(jī)器人等都采用了諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

㈣、機(jī)器人傳感系統(tǒng)

1、感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成, 用以獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。

2、智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。

3、智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。

4、對于一些特殊的信息, 傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。

㈤、機(jī)器人位置檢測

旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器是最常用的位置反饋裝置。光電探測器把光脈沖轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制波形。軸的轉(zhuǎn)角通過計(jì)算脈沖數(shù)得到，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由兩個(gè)方波信號(hào)的相對相位決定。

感應(yīng)同步器輸出兩個(gè)模擬信號(hào)——軸轉(zhuǎn)角的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。軸的轉(zhuǎn)角由這兩個(gè)信號(hào)的相對幅值計(jì)算得到。感應(yīng)同步器一般比編碼器可靠，但它的分辨率較低。

電位計(jì)是最直接的位置檢測形式。它連接在電橋中，能夠產(chǎn)生與軸轉(zhuǎn)角成正比的電壓信號(hào)。但是，由于分辨率低、線性不好以及對噪聲敏感。

轉(zhuǎn)速計(jì)能夠輸出與軸的轉(zhuǎn)速成正比的模擬信號(hào)。如果沒有這樣的速度傳感器，可以通過對檢測到的位置相對于時(shí)間的差分得到速度反饋信號(hào)。

㈥、機(jī)器人力檢測

力傳感器通常安裝在操作臂下述三個(gè)位置：

1、安裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上?？蓽y量驅(qū)動(dòng)器/減速器自身的力矩或者力的輸出。但不能很好地檢測末端執(zhí)行器與環(huán)境之間的接觸力。

2、安裝在末端執(zhí)行器與操作臂的終端關(guān)節(jié)之間，可稱腕力傳感器。通常，可以測量施加于末端執(zhí)行器上的三個(gè)到六個(gè)力/力矩分量。

3、安裝在末端執(zhí)行器的“指尖”上。通常，這些帶有力覺得手指內(nèi)置了應(yīng)變計(jì)，可以測量作用在指尖上的一個(gè)到四個(gè)分力。

㈦、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)

1、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

2、工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成 。

3、也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。

㈧、人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制并與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。 該系統(tǒng)歸納起來分為兩大類: 指令給定裝置和信息顯示裝置。

五、機(jī)器人的控制系統(tǒng)

1、機(jī)器人的控制系統(tǒng)

“控制”的目的是使被控對象產(chǎn)生控制者所期望的行為方式。 .“控制”的基本條件是了解被控對象的特性。 “實(shí)質(zhì)”是對驅(qū)動(dòng)器輸出力矩的控制。

2、機(jī)器人示教原理

機(jī)器人的基本工作原理是示教再現(xiàn);示教也稱導(dǎo)引，即由用戶導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)/工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機(jī)器人一個(gè)啟動(dòng)命令，機(jī)器人將精確地按示教動(dòng)作，一步步完成全部操作;

3、機(jī)器人控制的分類 ：

1)按照有無反饋分為：開環(huán)控制、閉環(huán)控制;