T-03-O-Y 工業(yè)機器人的組成與分類

1、第二章 搬運工作站工業(yè)機器人的選型所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人，而搬運機器人就是用于搬運工作的工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是目前技術上最成熟的機器人，它是能根據預先編制的操作程序自動重復工作的自動化機器，其應用非常廣泛，種類也很多，選擇一個適合的工業(yè)機器人來滿足生產需要顯得十分關鍵。2.1 工業(yè)機器人的組成與分類1.工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人，由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)組成，如圖2-1所示。執(zhí)行機構控制系統(tǒng)電源電纜控制電纜監(jiān)測系統(tǒng)驅動系統(tǒng)圖2-1工業(yè)機器人的組成(1) 執(zhí)行機構執(zhí)行機構具有和人手相似的動作功能

2、，可以按規(guī)定的運動速度和運動軌跡，將末端執(zhí)行器送到指定的位置，抓放物體或執(zhí)行其它操作。其組成部分如圖2-2所示。臂部機身腕部手部圖2-2 執(zhí)行機構的組成1) 手部手部是工業(yè)機器人用來握持工件或工具的部位，直接與工件或工具接觸。有些工業(yè)機器人直接將工具（如電焊槍、油漆噴槍、容器等）固定在手部，它就不再另外安裝手部了。2) 腕部腕部是將手部和臂部連接在一起的部件。它的作用是調整手部的方位和姿態(tài)，并可擴大臂部的活動范圍。3) 臂部臂部支承著腕部和手部，由動力關節(jié)和連桿組成，使手部活動的范圍擴大。無論是手部、腕部或是臂部都有許多軸孔，孔內有軸，軸和孔之間形成一個關節(jié)，機器人有一個關節(jié)就有了一個自由度。

3、4) 機身機身是整個工業(yè)機器人的基礎部件，用來支承手部、腕部和臂部，起著支承和連接的作用，驅動裝置及其他裝置也固定在機身上。(2) 驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)安裝在執(zhí)行結構體內，是按照控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令進行信息放大，驅動執(zhí)行結構運動的傳動裝置。驅動系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行元件提供動力。根據不同的動力源，可分為液壓驅動、氣壓驅動和電動驅動三種基本類型。根據需要，可采用由這三種基本驅動類型中的一種，或合成式驅動。(3) 控制系統(tǒng)機器人的控制系統(tǒng)相當于人的大腦，指揮機器人的動作，并協調機器人與生產系統(tǒng)之間的關系。機器人的工作順序、應達到的位置、動作時間間隔、運動速度等都是在控制系統(tǒng)指揮下，通過每一運動部件沿各坐

4、標軸的動作來實現的。機器人的控制系統(tǒng)，嚴格地講，不僅是指發(fā)出動作指令信號的控制單元，還應包括伺服機構、反饋環(huán)節(jié)的檢測元件等，才能共同構成一個完整的控制系統(tǒng)。機器人控制系統(tǒng)是一種分級結構系統(tǒng)，包括作業(yè)控制器、運動控制器和驅動控制器，如圖2-3所示。圖2-3 機器人的控制系統(tǒng)1) 作業(yè)控制器 根據示教操作，記憶每步動作的順序、程序步進的條件、每步程序的內容（位置、速度、軌跡等），依次發(fā)出相應的作業(yè)指令。同時，隨著作業(yè)的進行，對生產系統(tǒng)來的外部信號進行處理。2) 運動控制器 將作業(yè)控制器的程序指令，變換為各運動軸的動作指令，送給驅動控制器，控制各軸運動。3) 驅動控制器 接收運動控制器的指令，驅動運

5、動部件沿坐標軸運動。在伺服機構的控制回路中，每一個運動坐標軸有一個驅動控制器控制。(4) 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)通過各種檢測器、傳感器，檢測執(zhí)行機構的運動情況，以及所處的位置、姿勢，并將這些情況及時反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據反饋信息對執(zhí)行機構進行調整，以保證機器人的動作符合設計要求。檢測信息主要有位置、速度和力等各種外部和內部信息。2.工業(yè)機器人的分類(1) 按坐標形式分類1) 直角坐標型 直角坐標型機器人由三個相互正交的平移坐標軸組成，各個坐標軸運動獨立，其工作空間圖形為長方形。其優(yōu)點是控制簡單，定位精度高，但機體所占空間體積大，動作范圍小，靈活性較差，運動速度較低，一般用于搬運、裝配、雕刻等場

6、合。直角坐標型機器人示意圖如圖2-4所示。2) 圓柱坐標型 圓柱坐標型機器人由支柱和一個安裝在立柱上的水平臂組成，其立柱安裝座上，水平臂可以自由伸縮，并可沿立柱上下移動，具有一個旋轉軸和兩個平移軸，其工作空間圖形為圓柱。其優(yōu)點是機體所占體積較小，運動范圍較大，結構簡單，手部可獲得較高的速度，但手部外伸離中心軸愈遠，其切向線位移分辨精度愈低，一般專用于搬運。圓柱坐標型機器人示意圖如圖2-5所示。 圖2-4 直角坐標型機器人 圖2-5 圓柱坐標型機器人3) 球坐標型 球坐標型機器人又稱為極坐標型機器人，由回轉機座、俯仰鉸鏈和伸縮臂組成，具有兩個旋轉軸和一個平移軸，可實現旋轉和俯仰運動。其優(yōu)點是結構

7、緊湊，所占空間尺寸小，工作空間較大，但坐標復雜，難以控制，常作為專用機器人使用。球坐標型機器人示意圖如圖2-6所示。4) 關節(jié)型 關節(jié)型機器人又稱為回轉坐標型機器人，由大小兩臂和立柱等機構組成。大小臂之間用鉸鏈連接形成肘關節(jié)，大臂和立柱連接形成肩關節(jié)，可實現三個方向的旋轉運動。其優(yōu)點是結構最緊湊，占地面積小，靈活性大，但位置精度較低，有平衡性問題。關節(jié)型機器人是應用最廣泛的機器人。關節(jié)型機器人示意圖如圖2-7所示。 圖2-6 球坐標型機器人 圖2-7 關節(jié)型機器人(2) 按執(zhí)行機構的運動控制方式分類工業(yè)機器人按執(zhí)行機構的運動控制方式，可分點位型和連續(xù)軌跡型。1) 點位控制（PTP） 是指機器人

8、的運動只控制空間點的位置，實現精確定位，而不控制由一個定位點到另一定位點之間的路徑（軌跡）。適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)。2) 連續(xù)軌跡控制（CP） 是指機器人的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點無限，整個移動過程處于系統(tǒng)的控制之下，可以實現平穩(wěn)和準確的運動。有些連續(xù)軌跡控制的機器人還具有運動速度控制功能。適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。(3) 按驅動方式分類工業(yè)機器人按驅動方式分類可分為液壓式、氣壓式和電動式。1) 液壓式機器人 液壓式機器人是以油液的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的。液壓系統(tǒng)具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動等特點。適于在承載能力

9、大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機器人中應用。但液壓系統(tǒng)需進行能量轉換（電能轉換成液壓能），速度控制多數情況下采用節(jié)流調速，因此效率比電動驅動系統(tǒng)低，而且液壓系統(tǒng)的液體泄漏會對環(huán)境產生污染，工作噪聲也較高。近年來，在負荷為100kg以下的機器人中往往被電動系統(tǒng)所取代。液壓式工業(yè)機器人結構緊湊，傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封要求較高，且不宜在高溫或低溫環(huán)境下工作。2) 氣動式機器人 氣動式機器人是以壓縮空氣為動力來驅動執(zhí)行機構運動的。其優(yōu)點是空氣來源方便，動作迅速，結構簡單，造價低，無污染，缺點是空氣具有可壓縮性，導致工作速度的穩(wěn)定性較差。適于在精度要求較低的中、小負荷的機器人中使用。3) 電動式機器人 電動式機器人是由特殊結構的交、直流電機、伺服電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的，具有使用方便，控制靈活的特點。由于低慣量、大轉矩交、直流伺服電機及其配套的伺服驅動器的廣泛采用，使得電動式機器人成為目前應用最廣泛的