工業機器人的結構、驅動及控制系統

本文通過圖文結合的方式，詳細介紹了工業機器人結構、驅動及技術指標各項內容。

一、常用運動學構形

1、笛卡爾操作臂

優點：很容易通過計算機控制實現，容易達到高精度。缺點：妨礙工作, 且占地面積大, 運動速度低, 密封性不好。

①焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。

②特別適用于多品種，便批量的柔性化作業，對于穩定，提高產品質量，提高勞動生產率，改善勞動條件和產品的快速更新換代有著十分重要的作用。

2、鉸鏈型操作臂(關節型)

關節機器人的關節全都是旋轉的， 類似于人的手臂,工業機器人中最常見的結構。它的工作范圍較為復雜。

①汽車零配件、模具、鈑金件、塑料制品、運動器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速檢測及產品開發。

②車身裝配、通用機械裝配等制造質量控制等的三坐標測量及誤差檢測。

③古董、藝術品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽車整車現場測量和檢測。

⑤人體形狀測量、骨骼等醫療器材制作、人體外形制作、醫學整容等。

3、SCARA操作臂

SCARA機器人常用于裝配作業, 最顯著的特點是它們在x-y平面上的運動具有較大的柔性, 而沿z軸具有很強的剛性, 所以, 它具有選擇性的柔性。這種機器人在裝配作業中獲得了較好的應用。

①大量用于裝配印刷電路板和電子零部件

②搬動和取放物件，如集成電路板等

③廣泛應用于塑料工業、汽車工業、電子產品工業、藥品工業和食品工業等領域.

④搬取零件和裝配工作。

4、球面坐標型操作臂

特點：中心支架附近的工作范圍大,兩個轉動驅動裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標復雜, 難于控制,且直線驅動裝置存在密封的問題。

5、圓柱面坐標型操作臂

優點：且計算簡單;直線部分可采用液壓驅動,可輸出較大的動力; 能夠伸入型腔式機器內部。缺點：它的手臂可以到達的空間受到限制, 不能到達近立柱或近地面的空間;直線驅動部分難以密封、防塵; 后臂工作時, 手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。

6、冗余機構

通常空間定位需要6個自由度，利用附加的關節可以幫助機構避開奇異位形。下圖為7自由度操作臂位形

7、閉環結構

閉環結構可以提高機構剛度，但會減小關節運動范圍，工作空間有一定減小。

①運動模擬器;

②并聯機床;

③微操作機器人;

④力傳感器;

⑤生物醫學工程中的細胞操作機器人、可實現細胞的注射和分割;

⑥微外科手術機器人;

⑦大型射電天文望遠鏡的姿態調整裝置;

⑧混聯裝備等，如SMT公司的Tricept混聯機械手模塊是基于并聯機構單元的模塊化設計的成功典范。

工業機器人的幾種常用結構形式(圖)

二、機器人的主要技術參數

機器人的技術參數反映了機器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設計、應用機器人必須考慮的問題。機器人的主要技術參數有自由度、分辨率、工作空間、工作速度、工作載荷等。

1、自由度

機器人具有的獨立坐標軸運動的數目。 機器人的自由度是指確定機器人手部在空間的位置和姿態時所需要的獨立運動參數的數目。手指的開、合，以及手指關節的自由度一般不包括在內。.機器人的自由度數一般等于關節數目。 機器人常用的自由度數一般不超過5～6個。

2、關節(Joint)

即運動副，允許機器人手臂各零件之間發生相對運動的機構。

3、工作空間

機器人手臂或手部安裝點所能達到的所有空間區域。其形狀取決于機器人的自由度數和各運動關節的類型與配置。機器人的工作空間通常用圖解法和解析法兩種方法進行表示。

4、工作速度

機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內所移動的距離或轉動的角度。