工業機器人的結構、驅動及控制系統

5、工作載荷

指機器人在工作范圍內任何位置上所能承受的最大負載，一般用質量、力矩、慣性矩表示。還和運行速度和加速度大小方向有關，一般規定高速運行時所能抓取的工件重量作為承載能力指標。

6、分辨率

能夠實現的最小移動距離或最小轉動角度。

7、精度

重復性或重復定位精度：指機器人重復到達某一目標位置的差異程度。或在相同的位置指令下，機器人連 續重復若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復度。

三、機器人常用材料

1)碳素結構鋼和合金結構鋼 這類材料強度好，特別是合金結構鋼，其強度增大了4～5倍，彈性模量E大，抗變形能力強，是應用最廣泛的材料。

2)鋁、鋁合金及其他輕合金材料 這類材料的共同特點是重量輕，彈性模量E并不大，但是材料密度小，故E/ρ之比仍可與鋼材相比。有些稀貴鋁合金的品質得到了更明顯的改善，例如添加3.2%(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14%，E/ρ比增加了16%。

3)纖維增強合金 這類合金如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等，其E/ρ比分別達到11.4×107和8.9×107。這種纖維增強金屬材料具有非常高的E/ρ比，但價格昂貴。

4)陶瓷 陶瓷材料具有良好的品質，但是脆性大，不易加工，日本已經試制了在小型高精度機器人上使用的陶瓷機器人臂樣品。

5)纖維增強復合材料 這類材料具有極好的E/ρ比，而且還具有十分突出的大阻尼的優點。傳統金屬材料不可能具有這么大的阻尼，所以在高速機器人上應用復合材料的實例越來越多。

6)粘彈性大阻尼材料 增大機器人連桿件的阻尼是改善機器人動態特性的有效方法。目前有許多方法用來增加結構件材料的阻尼，其中最適合機器人采用的一種方法是用粘彈性大阻尼材料對原構件進行約束層阻尼處理。

四、機器人主要結構

㈠、機器人驅動裝置

概念：要使機器人運行起來, 需給各個關節即每個運動自由度安置傳動裝置 作用：提供機器人各部位、各關節動作的原動力。

驅動系統：可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動, 或者把它們結合起來應用的綜合系統; 可以是直接驅動或者是通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接驅動。

1、電動驅動裝置

電動驅動裝置的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯，直接驅動比較困難。

電動驅動裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機驅動和步進電機驅動。 直流伺服電機電刷易磨損，且易形成火花。無刷直流電機也得到了越來越廣泛的應用。 步進電機驅動多為開環控制，控制簡單但功率不大，多用于低精度小功率機器人系統。

電動上電運行前要作如下檢查：

1)電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞); 對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯，驅動控制器上的電機型號或電流設定值是否合適(開始時不要太大);

2)控制信號線接牢靠，工業現場最好要考慮屏蔽問題(如采用雙絞線);

3)不要開始時就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統，運行良好后，再逐步連接。

4)一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。

5)開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態，如運動是否正常，聲音和溫升情況，發現問題立即停機調整。

2、液壓驅動

通過高精度的缸體和活塞來完成，通過缸體和活塞桿的相對運動實現直線運動。

優點：功率大，可省去減速裝置直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動具有較高的精度。

缺點：需要增設液壓源，易產生液體泄漏，不適合高、低溫場合，故液壓驅動目前多用于特大功率的機器人系統。

選擇適合的液壓油。 防止固體雜質混入液壓系統，防止空氣和水入侵液壓系統 。機械作業要柔和平順機械作業應避免粗暴，否則必然產生沖擊負荷，使機械故障頻發，大大縮短使用壽命。

要注意氣蝕和溢流噪聲。作業中要時刻注意液壓泵和溢流閥的聲音，如果液壓泵出現“氣蝕”噪聲，經排氣后不能消除，應查明原因排除故障后才能使用。 保持適宜的油溫。液壓系統的工作溫度一般控制在30～80℃之間為宜。

3、氣壓驅動

氣壓驅動的結構簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。 .但與液壓驅動裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點位控制機器人。

(1)具有速度快、系統結構簡單，維修方便、價格低等特點。適于在中、小負荷的機器人中采用。但因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械人中，如在上、下料和沖壓機器人中應用較多。

(2)在多數情況下是用于實現兩位式的或有限點位控制的中、小機器人中的。

(3)控制裝置目前多數選用可編程控制器(PLC控制器)。在易燃、易爆場合下可采用氣動邏輯元件組成控制裝置。

㈡、直線傳動機構。

傳動裝置是連接動力源和運動連桿的關鍵部分，根據關節形式，常用的傳動機構形式有直線傳動和旋轉傳動機構。

直線傳動方式可用于直角坐標機器人的X、Y、Z向驅動，圓柱坐標結構的徑向驅動和垂直升降驅動，以及球坐標結構的徑向伸縮驅動。

直線運動可以通過齒輪齒條、絲杠螺母等傳動元件將旋轉運動轉換成直線運動，也可以有直線驅動電機驅動，也可以直接由氣缸或液壓缸的活塞產生。