工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)

本文通過(guò)圖文結(jié)合的方式，詳細(xì)介紹了工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及技術(shù)指標(biāo)各項(xiàng)內(nèi)容。

一、常用運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)形

1、笛卡爾操作臂

優(yōu)點(diǎn)：很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，容易達(dá)到高精度。缺點(diǎn)：妨礙工作, 且占地面積大, 運(yùn)動(dòng)速度低, 密封性不好。

①焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標(biāo)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(yè)，對(duì)于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代有著十分重要的作用。

2、鉸鏈型操作臂(關(guān)節(jié)型)

關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的， 類似于人的手臂,工業(yè)機(jī)器人中最常見的結(jié)構(gòu)。它的工作范圍較為復(fù)雜。

①汽車零配件、模具、鈑金件、塑料制品、運(yùn)動(dòng)器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速檢測(cè)及產(chǎn)品開發(fā)。

②車身裝配、通用機(jī)械裝配等制造質(zhì)量控制等的三坐標(biāo)測(cè)量及誤差檢測(cè)。

③古董、藝術(shù)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(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和檢測(cè)。

⑤人體形狀測(cè)量、骨骼等醫(yī)療器材制作、人體外形制作、醫(yī)學(xué)整容等。

3、SCARA操作臂

SCARA機(jī)器人常用于裝配作業(yè), 最顯著的特點(diǎn)是它們?cè)趚-y平面上的運(yùn)動(dòng)具有較大的柔性, 而沿z軸具有很強(qiáng)的剛性, 所以, 它具有選擇性的柔性。這種機(jī)器人在裝配作業(yè)中獲得了較好的應(yīng)用。

①大量用于裝配印刷電路板和電子零部件

②搬動(dòng)和取放物件，如集成電路板等

③廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域.

④搬取零件和裝配工作。

4、球面坐標(biāo)型操作臂

特點(diǎn)：中心支架附近的工作范圍大,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜, 難于控制,且直線驅(qū)動(dòng)裝置存在密封的問(wèn)題。

5、圓柱面坐標(biāo)型操作臂

優(yōu)點(diǎn)：且計(jì)算簡(jiǎn)單;直線部分可采用液壓驅(qū)動(dòng),可輸出較大的動(dòng)力; 能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部。缺點(diǎn)：它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制, 不能到達(dá)近立柱或近地面的空間;直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵; 后臂工作時(shí), 手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。

6、冗余機(jī)構(gòu)

通常空間定位需要6個(gè)自由度，利用附加的關(guān)節(jié)可以幫助機(jī)構(gòu)避開奇異位形。下圖為7自由度操作臂位形

7、閉環(huán)結(jié)構(gòu)

閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)構(gòu)剛度，但會(huì)減小關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，工作空間有一定減小。

①運(yùn)動(dòng)模擬器;

②并聯(lián)機(jī)床;

③微操作機(jī)器人;

④力傳感器;

⑤生物醫(yī)學(xué)工程中的細(xì)胞操作機(jī)器人、可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的注射和分割;

⑥微外科手術(shù)機(jī)器人;

⑦大型射電天文望遠(yuǎn)鏡的姿態(tài)調(diào)整裝置;

⑧混聯(lián)裝備等，如SMT公司的Tricept混聯(lián)機(jī)械手模塊是基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)單元的模塊化設(shè)計(jì)的成功典范。

工業(yè)機(jī)器人的幾種常用結(jié)構(gòu)形式(圖)

二、機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)反映了機(jī)器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設(shè)計(jì)、應(yīng)用機(jī)器人必須考慮的問(wèn)題。機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)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(jī)器人具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。 機(jī)器人的自由度是指確定機(jī)器人手部在空間的位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。.機(jī)器人的自由度數(shù)一般等于關(guān)節(jié)數(shù)目。 機(jī)器人常用的自由度數(shù)一般不超過(guò)5～6個(gè)。

2、關(guān)節(jié)(Joint)

即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

3、工作空間

機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域。其形狀取決于機(jī)器人的自由度數(shù)和各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的類型與配置。機(jī)器人的工作空間通常用圖解法和解析法兩種方法進(jìn)行表示。

4、工作速度

機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。