工业机器人关节的驱动主要分为哪三种?

如果对工业机器人这个行业充满疑问,阅览以下内容,可以帮助快速建立工业机器人的基础认知。


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一、什么是工业机器人?


机器人是一个在三维空间具有较多自由度的,并能实现诸多拟人动作和功能的机器,而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。其的特点是:可编程、拟人化、通用性、机电一体化。

二、工业机器人有哪些系统组成?各自有什么作用?

主体机械即机座和实行机构,包括大臂、小臂、腕部和手部,构成的多自由度的机械系统。有的机器人另有行走机构。工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通俗有1~3个活动自由度。

使机器人运行起来的传动装置。按动力源分为液压,气动和电动三大类。依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。驱动系统有动力装置和传动机构,用以实行机构发生相应的动作,这三类根本驱动系统的各有特点,现在主流的是电动驱动系统。

根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。

高性价比的微处置器为机器人控制器带来了新的开展机会,使开辟低本钱、高功能的机器人控制器成为可能。为了使系统具有充足的运算与存储能力,现在机器人控制器多接纳较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片构成。

由内部传感器模块和外部传感器模块组成获取内部和外部环境状态的信息。

内部传感器:用来检测机器人本身状态(如手臂间的角度)的传感器,多为检测位置和角度的传感器。具体有:位置传感器、位置传感器、角度传感器等。

外部传感器:用来检测机器人所处环境(如检测物体,距离物体的距离)及状况(如检测抓取的物体是否滑落)的传感器。具体有距离传感器、视觉传感器、力觉传感器等。

智能传感系统的使用提高了机器人的机动性,实用性和智能化的标准,人类的感知系统对外部世界信息是机器人灵巧的,然而,对于一些特许的信息,传感器比人的系统更加有效。

末端执行器连接在机械手最后一个关节上的部件,它一般用来抓取物体,与其他机构连接并执行需要的任务。

三、工业机器人涉及到的主要参数是什么?


机器人的主要技术参数有自由度分辨率工作空间工作速度工作载荷等。

机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数量。机器人的自由度数一般等于关节数量。

工作范围指工业机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间范围。其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作范围一般有:图解法和解析法这两种方法表示。

速度:机器人在工作过程中带载荷条件下、匀速运动过程时,机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。

工作负载是指机器人手腕前端安装负荷在工作范围内任何位置上所能承受的最大重量,一般用质量、力矩、惯性矩表示。

还和运行速度和加速度大小等参数有关,工作负载一般用高速运行时机器人所能抓取的工件重量作为负载承受能力为指标。

分辨率是指机器人能够实现的最小移动距离或最小转动角度。

重复性或重复定位精度:指机器人重复到达某一目标位置的差异性。重复定位精度是衡量一列误差值的集中程度,即重复度。机器人精度机不单取决与关节减速机及传动装置,且对机械装配工艺存在很大关系,很多由于装配不到位导致机器人重复定位精度下降。

四、工业机器人的基本工作原理


工作原理是示教再现;示教也称导引示教,既是人工导引机器人,一步步按实际需求动作流程操作一遍,机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的姿态、位置、工艺参数、运动参数等,并自动生成一个连续执行的程序。完成示教后,只需要给机器人一个启动命令,机器人将会地自动按照示教好的动作,完成全部流程。

五、工业机器人在加工制造领域中的应用


AGV搬运机器人实现仓储库区无人化作业,生产过程中货物、半成品、原材料的自动化搬运,可满足不同环境的应用要求。

冲压机器人广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等企业,主要原因是这些行业在生产过程中的重复动作相对比较多,应用冲压机器人的价值会很高。机械臂自动取出生产好的产品放置在输送带或承接台上传送到指定目标地点,实现一人同时看两台甚至更多台注塑机,可节省人力物力,降低企业在生产过程中的成本。

码垛机器人是将包装货物整齐的、自动的码垛,在末端执行器安装有机械接口,可以跟换抓手。码垛机器人应用在工业生产和立体化仓库,提高生厂力,降低工人的工作强度,在个别恶劣的工作环境下还对工人的人身安全起到有效保障的作用。

机器人高速分拣可以在快速流水线作业中准确跟踪传送带的速度,通过视觉智能识别物体的位置、颜色、形状、尺寸等,并按照特定的要求进行装箱、分拣、排列等工作。

激光切割时利用工业机器人灵活快速的工作性能,根据客户切割加工工件尺寸的大小不同,可以选择机器人正装或者倒装,对不同产品进行示教编程或者离线编程,机器人的第六轴装载光纤激光切割头对不规则工件进行三维切割。

采用机器人进行焊接作业可以极大地提高生产效益和经济效率;焊接的参数对焊接结果起到决定性作用,人工焊接时,速度、干伸长等都是变化的。机器人的移动速度快,可达3m/s,甚至更快,采用机器人焊接比同样用人工焊接效率可提高2~4倍,焊接质量优良且稳定。

采用工业机器人视觉技术,能够避免一些外在因素对检验精度的影响,有效克服温度、速度的影响,提高检验的精度。机器视觉可以对产品的外形、颜色、大小、亮度、长度等进行检测,搭配工业机器人可以完成物料的定位、追踪、分拣、装配等需求。


工业机器人广泛使用在产业制造上,汽车制造、电器、食品等,能替代反复机器式操纵工作,是靠本身动力和控制才能来实现种种功用的一种机器。其能够承受人类指挥,也能够按照事先编排的程序运转。
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本文通过图文结合的方式,详细介绍了、及技术指标各项内容。

优点:很容易通过计算机控制实现,容易达到高精度。缺点:妨碍工作, 且占地面积大, 运动速度低, 密封性不好。

①焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。

②特别适用于多品种,便批量的柔性化作业,对于稳定,提高产品质量,提高劳动生产率,改善劳动条件和产品的快速更新换代有着十分重要的作用。

2、铰链型操作臂(关节型)

关节机器人的关节全都是旋转的, 类似于人的手臂,中最常见的。它的工作范围较为复杂。

①汽车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。

②车身装配、通用机械装配等制造质量控制等的三坐标测量及误差检测。

③古董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽车整车现场测量和检测。

⑤人体形状测量、骨骼等医疗器材制作、人体外形制作、医学整容等。

SCARA机器人常用于装配作业, 最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 所以, 它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。

①大量用于装配印刷电路板和电子零部件

②搬动和取放物件,如集成电路板等

③广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域.

④搬取零件和装配工作。

特点:中心支架附近的工作范围大,两个转动装置容易密封,覆盖工作空间较大。但该坐标复杂, 难于控制,且直线装置存在密封的问题。

5、圆柱面坐标型操作臂

优点:且计算简单;直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机器内部。缺点:它的手臂可以到达的空间受到限制, 不能到达近立柱或近地面的空间;直线驱动部分难以密封、防尘; 后臂工作时, 手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。

通常空间定位需要6个自由度,利用附加的关节可以帮助机构避开奇异位形。下图为7自由度操作臂位形

闭环结构可以提高机构刚度,但会减小关节运动范围,工作空间有一定减小。

⑤生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割;

⑦大型射电天文望远镜的姿态调整装置;

⑧混联装备等,如SMT公司的Tricept混联机械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。

的几种常用结构形式(图)

二、机器人的主要技术参数

机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况,是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。

机器人具有的独立坐标轴运动的数目。 机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。.机器人的自由度数一般等于关节数目。 机器人常用的自由度数一般不超过5~6个。

即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。

机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。

机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中,机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。

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1、直角坐标型工业机器人

手部空间的位置变化是通过沿着三个相互垂直的轴线移动来实现,常用于生产设备的上下料和高精度的装配和检测作业。一般直角坐标型工业机器人的手臂可以垂直上下移动(Z 轴方向),并可以沿着滑架和横梁上的导轨进行水平二维平面的移动(X、Y 方向)。显然直角坐标型工业机器人有三个移动关节,即 3 个自由度。

·编程容易,在 X、Y、Z 三个方向的运

动没有耦合,便于控制系统的设计;

·直线运动速度快,定位精度高,蔽障性能较好;

·动作范围小,灵活性较差;

·导轨结构较复杂,维护比较困难,导轨暴露面大,不如转动关节密封性好;

·结构尺寸较大,占地面积较大;

·移动部分惯量较大,增加了对驱动性能的要求;

2、圆柱坐标型工业机器人

圆柱坐标型工业机器人结构示意图如图所示,有两个移动关节和一个转动关节,末端操作器的安装轴线的位姿由(z,r,θ)坐标予以表示,其主体具有 3 个自由度:腰部转动、升降运动、手臂伸缩运动。

·控制精度较高,控制较简单,结构紧凑;

·对比直角坐标形式,在垂直和经向的两个往复运动可以采用伸缩套简式结构,在腰部转动时可以把手臂缩回,从而减少,改善了力学负载。

·空间尺寸较小,工作范围较大,末端操作器可获得较高的运动速度。

·由于机身结构的原因,手臂不能到达底部,末端操作器离 z 轴愈远,减小了机器人的工作范围,其切向线位移的分辨精度就愈低。

3、球坐标型工业机器人

球坐标型工业机器人有两个转动关节和一个移动关节,末端操作器的安装轴线的位姿由(θ,φ,r)坐标予以表示。机械手能够里外伸缩移动,在垂直平面内摆动已经绕底座在水平面内移动,因为这种机器人的工作空间形成球面的一部分。

·占地面积小,结构紧凑,位置精度尚可;

·蔽障性能较差,存在平衡问题;

4、关节坐标型工业机器人

主要由底座、大臂和小臂组成。大臂和小臂间的转动关节称为肘关节,大臂和底座间的转动关节称为肩关节。底座可以绕垂直轴线转动,称为腰关节。它是一种广泛应用的拟人化机器人。

·结构紧凑,占地面积小;

·灵活性好,手部到达位置好,具有较好

·没有移动关节,关节密封性能好,摩擦

·关节驱动力小,能耗较低;

·运动过程中存在平衡问题,控制存在耦合;

·当大臂和小臂舒展开时,机器人结构刚度较好。

并联型机构,是动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接,机构具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。

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