详解工业机器人结构、驱动及技术指标

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【如内容违法或虚假，请联系上述邮件删除】此文将工业机器人结构、驱动及技术指标描画的很是细致，值得细看！
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常用运动学构形
1、笛卡尔操作臂
优点：很容易经过计算机控制完成，容易抵达高精度。 缺陷：障碍工作, 且占空中积大, 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、目的跟随、排爆等一系列工作。
② 特别适用于多种类，便批量的柔性化作业，关于稳定，进步产质量量，进步劳动消费率，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， 相似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。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丈量及误差检测。
③古董、艺术品、雕塑、卡通人物外型、人像制品等的快速原型制造。
④汽车整车现场丈量和检测。
⑤人体外形丈量、骨骼等医疗器材制造、人体外形制造、医学整容等。
3、scara操作臂
scara机器人常用于装配作业, 最显著的特性是它们在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取得了较好的应用。
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普遍应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等范畴.
④搬取零件和装配工作。
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4、球面坐标型操作臂
特性：中心支架左近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封,掩盖工作空间较大。但该坐标复杂, 难于控制,且直线驱动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。 缺陷：它的手臂能够抵达的空间遭到限制, 不能抵达近立柱或近空中的空间;
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。
6、冗余机构
通常空间定位需求6个自由度，应用附加的关节能够辅佐机构避开奇特位形。下图为7自由度操作臂位形
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7、闭环结构
闭环结构能够进步机构刚度，但会减小关节运动范围，工作空间有一定减小。
①运动模仿器；
②并联机床；
③微操作机器人；
④力传感器；
⑤生物医学工程中的细胞操作机器人、可完成细胞的注射和分割；
⑥微外科手术机器人；
⑦大型射电天文望远镜的姿势调整装置；
⑧混联配备等，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胜利模范。
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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状况，是设计、应用机器人必需思索的问题。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。
1、自由度
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肯定机器人手部在空间的位置和姿势时所需求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普通不包括在内。.机器人的自由度数普通等于关节数目。 机器人常用的自由度数普通不超越5～6个。
2、关节（joint）
即运动副，允许机器人手臂各零件之间发作相对运动的机构。
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3、工作空间
机器人手臂或手部装置点所能抵达的一切空间区域。其外形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办法中止表示。
4、工作速度
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。
5、工作载荷
指机器人在工作范围内任何位置上所能接受的最大负载，普通用质量、力矩、惯性矩表示。 还和运转速度和加速度大小方向有关，普通规则高速运转时所能抓取的工件重量作为承载才干指标。
6、分辨率
能够完成的最小移动距离或最小转动角度。
7、精度
重复性或重复定位精度：指机器人重复抵达某一目的位置的差别水平。或在相同的位置指令下，机器人连 续重复若干次其位置的分散状况。它是权衡一列误差值的密集水平，即重复度。
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机器人常用资料
1、碳素结构钢和合金结构钢
这类资料强度好，特别是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量e大，抗变形才干强，是应用最普遍的资料。
2、铝、铝合金及其他轻合金资料
这类资料的共同特性是重量轻，弹性模量e并不大，但是资料密度小，故e/ρ之比仍可与钢材相比。有些稀贵铝合金的质量得到了更明显的改善，例如添加3.2％(重量百分比)锂的铝合金，弹性模量增加了14％，e/ρ比增加了16％。
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3、纤维增强合金
这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其e/ρ比分别抵达11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属资料具有十分高的e/ρ比，但价钱昂贵。
4、陶瓷
陶瓷资料具有良好的质量，但是脆性大，不易加工，日本曾经试制了在小型高精度机器人上运用的陶瓷机器人臂样品。
5、纤维增强复合资料
这类资料具有极好的e/ρ比，而且还具有十分突出的大阻尼的优点。传统金属资料不可能具有这么大的阻尼，所以在高速机器人上应用复合资料的实例越来越多。
6、粘弹性大阻尼资料
增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效办法。目前有许多办法用来增加结构件资料的阻尼，其中最合适机器人采用的一种办法是用粘弹性大阻尼资料对原构件中止约束层阻尼处置。
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机器人主要结构
（一）机器人驱动装置
概念：要使机器人运转起来, 需给各个关节即每个运动自由度安顿传动装置 作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。
驱动系统：能够是液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们分离起来应用的综合系统; 能够是直接驱动或者是经过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构中止间接驱动。
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1、电动驱动装置
电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较艰难。
电动驱动装置又可分为直流(dc)、交流(ac)伺服电机驱动和步进电机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易构成火花。无刷直流电机也得到了越来越普遍的应用。 步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。
电动上电运转前要作如下检查：
1）电源电压能否适合（过压很可能构成驱动模块的损坏）； 关于直流输入的+/-极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值能否适合（开端时不要太大）；
2）控制信号线接牢靠，工业现场最好要思索屏蔽问题（如采用双绞线）；
3）不要开端时就把需求接的线全接上，只连成最基本的系统，运转良好后，再逐步衔接。
4）一定要搞分明接中央法，还是采用浮空不接。
5）开端运转的半小时内要密切察看电机的状态，如运动能否正常，声音和温升状况，发现问题立刻停机调整。
2、液压驱动
经过高精度的缸体和活塞来完成，经过缸体和活塞杆的相对运动完成直线运动。
优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
缺陷：需求增设液压源，易产生液体走漏，不合适高、低温场所，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。
选择合适的液压油。 避免固体杂质混入液压系统，避免空气和水入侵液压系统 。机械作业要柔战争顺机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械毛病频发，大大缩短运用寿命。要留意气蚀和溢流噪声。作业中要时辰留意液压泵和溢流阀的声音，假如液压泵呈现“气蚀”噪声，经排气后不能消弭，应查明缘由扫除毛病后才干运用。 坚持适合的油温。液压系统的工作温度普通控制在30～80℃之间为宜。
3、气压驱动
气压驱动的结构简单，清洁，动作灵活，具有缓冲作用。 .但与液压驱动装置相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。
（1）具有速度快、系统结构简单，维修便当、价钱低等特性。适于在中、小负荷的机器人中采用。但因难于完成伺服控制，多用于程序控制的机械人中，如在上、下料和冲压机器人中应用较多。
（2）在多数状况下是用于完成两位式的或有限点位控制的中、小机器人中的。
（3）控制装置目前多数选用可编程控制器(plc控制器)。在易燃、易爆场所下可采用气动逻辑元件组成控制装置。
（二）直线传动机构
传动装置是衔接动力源和运动连杆的关键部分，依据关节方式，常用的传动机构方式有直线传动和旋转传动机构。
直线传动方式可用于直角坐标机器人的x、y、z向驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动，以及球坐标结构的径向伸缩驱动。
直线运动能够经过齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将旋转运动转换成直线运动，也能够有直线驱动电机驱动，也能够直接由气缸或液压缸的活塞产生。
1、齿轮齿条装置
通常齿条是固定的。齿轮的旋转运动转换成托板的直线运动。
优点：结构简单。
缺陷：回差较大。
2、滚珠丝杠
在丝杠和螺母的螺旋槽内嵌入滚珠，并经过螺母中的导向槽使滚珠能连续循环。
优点：摩擦力小，传动效率高，无匍匐，精度高
缺陷：制造本钱高，结构复杂。
自锁问题：理论上滚珠丝杠副也能够自锁,但是实践应用上没有运用这个自锁的,缘由主要是：牢靠性很差，或加工本钱很高；由于直径与导程比十分大，普通都是再加一套蜗轮蜗杆之类的自锁装置。
（三）旋转传动机构
采用旋转传动机构的目的是将电机的驱动源输出的较高转速转换成较低转速，并取得较大的力矩。机器人中应用较多的旋转传动机构有齿轮链、同步皮带调和波齿轮。
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1、齿轮链
（1）转速关系
（2）力矩关系
2、同步皮带
同步带是具有许多型齿的皮带，它与同样具有型齿的同步皮带轮相啮合。工作时相当于柔软的齿轮。
优点：无滑动，柔性好，价钱低价，重复定位精度高。
缺陷：具有一定的弹性变形。
3、谐波齿轮
谐波齿轮由刚性齿轮、谐波发作器和柔性齿轮三个主要零件组成，普通刚性齿轮固定，谐波发作器驱动柔性齿轮旋转。 主要特性：
(1)、传动比大，单级为50—300。
(2)、传动平稳，承载才干高。
(3)、传动效率高,可达70%—90%。
(4)、传动精度高,比普通齿轮传动高3—4倍。
(5)、回差小，可小于3’。
(6)、不能取得中间输出，柔轮刚度较低。
谐波传动装置在机器人技术比较先进的国度已得到了普遍的应用。仅就日原本说，机器人驱动装置的60％都采用了谐波传动。
美国送到月球上的机器人，其各个关节部位都采用谐波传动装置，其中一只上臂就用了30个谐波传动机构。
前苏联送入月球的移动式机器人“登月者”，其成对装置的8个轮子均是用密闭谐波传动机构单独驱动的。  .德国大众汽车公司研制的rohren、gerot r30型机器人和法国雷诺公司研制的vertical 80型机器人等都采用了谐波传动机构。中走丝线切割常见毛病处置办法        http://www.huttecer.com/html/service/course/2016_1109_1959.html(关注老榕树网络旗下“网络思维”微信公众号:wlsw360 (每天都有好文章)

 

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