工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)架構(gòu)你知道多少呢?和你心里所想有出入嗎?
    發(fā)布者:sztgdzn  發(fā)布時間:2021-11-01 11:25:13  訪問次數(shù):189

    機(jī)器人不僅可以服務(wù)于消費(fèi)者的日常起居,還可以在工業(yè)領(lǐng)域協(xié)助企業(yè)共同工作。本期主要是針對工業(yè)機(jī)器人的結(jié)果展開話題的!


    機(jī)器人不僅可以服務(wù)于消費(fèi)者的日常起居,還可以在工業(yè)領(lǐng)域協(xié)助企業(yè)共同工作。本期主要是針對工業(yè)機(jī)器人的結(jié)果展開話題的!機(jī)械系統(tǒng)通常包括機(jī)座、立柱、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪等,構(gòu)成一個多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。


    如果工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身具備行走機(jī)構(gòu)便構(gòu)成行走機(jī)器人;如果機(jī)身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端執(zhí)行器是直接裝在手腕上的一個重要部件,它可以是兩手指或多手指的手爪,也可以是噴漆槍、焊槍等作業(yè)工具。


    主體結(jié)構(gòu)的基本形式

    工業(yè)機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)中各個關(guān)節(jié)運(yùn)動副和連桿構(gòu)件組成了不同的坐標(biāo)形式。常見的主體結(jié)構(gòu)形式有:直角坐標(biāo)形式、圓柱坐標(biāo)形式、球面坐標(biāo)形式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式。


    1. 直角坐標(biāo)形式機(jī)器人

    這一類機(jī)器人手部空間的位置變化是通過沿 著三個相互垂直的軸線移動來實(shí)現(xiàn)的,這類形式的機(jī)器人常應(yīng)用 于生產(chǎn)設(shè)備的上下料和高精度的裝配和檢測作業(yè)。一般直角坐標(biāo) 形式機(jī)器人的手臂可垂直上下移動軸方向),并可以沿著滑架和橫梁上的導(dǎo)軌行水平二維平面的移動。顯 然直角坐標(biāo)形式機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有3個自由度。
    直角坐標(biāo)形式機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單。編程容易,在尤,r,z三個方向的運(yùn)動沒有耦合,便 于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。直線運(yùn)動速度快,定位精度高,避障性能較好。同時由于該類型機(jī)器人必須采用導(dǎo)軌,也有如下缺點(diǎn)和問題:

    (1)動作范圍小,靈活性較差。

    (2)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維護(hù)比較困難,導(dǎo)軌暴露面大,不如轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)密封性好。

    (3)結(jié)構(gòu)尺寸較大,占地面積較大。

    (4)移動部分慣量較大,增加了對驅(qū)動性能的要求。


    2.圓柱坐標(biāo)形式機(jī)器人

    圓柱坐標(biāo)機(jī)器人通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變,其主體具有3個自由度:腰部轉(zhuǎn)動、升降運(yùn)動,手臂伸縮運(yùn)動。圓柱坐標(biāo)形式機(jī)器人主要有如下優(yōu)點(diǎn):

    控制精度較高,控制較簡單,結(jié)構(gòu)緊湊。

    對比直角坐標(biāo)形式,在垂直和徑向的兩個往復(fù)運(yùn)動可以采用伸縮套筒式結(jié)構(gòu),在腰 部轉(zhuǎn)動時可以把手臂縮回去,從而減小了轉(zhuǎn)動慣量,改善了力學(xué)負(fù)載。

    圓柱坐標(biāo)形式機(jī)器人的主要缺點(diǎn)是:

    由于機(jī)身結(jié)構(gòu)的原因,手臂不能到達(dá)底部,減小了 機(jī)器人的工作范圍,同時結(jié)構(gòu)也較龐大。


    3.球面坐標(biāo)形式機(jī)器人

    機(jī)械手能夠做里外伸縮移動,在垂直平面內(nèi)擺動已經(jīng)繞底座在水平面內(nèi)移動,因?yàn)檫@種機(jī)器人的工作空間形成球面的一部分,故稱為球面坐標(biāo)機(jī)器人,其設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,美國Unimation公司的UnimaTIon系列機(jī)器人就是球面坐標(biāo)形式的代表,其手臂伸縮采用液壓驅(qū)動的移動關(guān)節(jié),繞垂直和水平軸線的轉(zhuǎn)動也采用了液壓伺服系統(tǒng)。

    球面坐標(biāo)形式機(jī)器人的特點(diǎn)是:

    占地面積較小,結(jié)構(gòu)緊湊,位置精度尚可,但避障性能較差,存在平衡問題。


    4.關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式機(jī)器人

    這種類型的機(jī)器人主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肘關(guān)節(jié),大臂和底座間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肩關(guān)節(jié)。底座可以繞垂直軸線轉(zhuǎn)動,稱為腰關(guān)節(jié)。它是一種廣泛應(yīng)用的擬人化機(jī)器人。

    關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式機(jī)器人主要有以下優(yōu)點(diǎn):

    (1)結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小。

    (2)靈活性好,手部到達(dá)位置好,具有較好的避障性能。

    (3)沒有移動關(guān)節(jié),關(guān)節(jié)密封性能好,摩擦小,慣量小。

    (4)關(guān)節(jié)驅(qū)動力小,能耗較低。

    關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式機(jī)器人的缺點(diǎn)有:

    (1)運(yùn)動過程中存在平衡問題,控制存在耦合。

    (2)當(dāng)大臂和小臂舒展開時,機(jī)器人結(jié)構(gòu)剛度較低。


    主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

    工業(yè)機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)及其機(jī)身設(shè)計(jì)時需要注意,作為整個機(jī)器人支撐的主體應(yīng)該具有足夠大的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性;主體結(jié)構(gòu)自身應(yīng)該保證運(yùn)動靈活,避免在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上出現(xiàn)自鎖卡死的問題,選擇合適的驅(qū)動方式,結(jié)構(gòu)布置合理。


    此外機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)材料的選擇方面,應(yīng)從機(jī)器人的性能要求和滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作要求出發(fā)。同普通機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)類似,用來支撐、連接、固定機(jī)器人的各部分的材料應(yīng)該是結(jié)構(gòu)性的材料。


    另外考慮到機(jī)器人整體也是運(yùn)動的,其材料質(zhì)量應(yīng)輕。精密機(jī)器人對材料的剛度和振動方面均有要求,控制振動也需要從減輕重量和抑制振動兩方面考慮,也與材料自身的抗振性緊密相關(guān)。正確選用結(jié)構(gòu)件材料可降低機(jī)器人的成本價格,更適應(yīng)機(jī)器人的高速化、高載荷化及高精度化,以及靜力學(xué)及動力學(xué)的特性要求。


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