工业机器人

: jhlu3

2009-06-29

国家标准GB/T12643－90将工业机器人定义为：工业机器是一种能自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。
　　工业机器人不同于机械手。工业机器人具有独立的控制系统，可以通过编程实现动作程序的变化；而机械手只能完成简单的搬运、抓取及上下料工作，它一般作为自动机或自动线上的附属装置，工作程序固定不变。

　　一、工业机器人的组成和分类
　　（一）工业机器人的组成
　　工业机器人一般由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。
　　1.操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。
　　末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。其上可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种。
　　手腕是连接手臂与末端执行器的部件，用来支承末端执行器并调整其资态。手腕一般有2～3个回转自由度，可扩大手臂的工作范围。
　　　
　　手臂用于支承和调整手腕和末端执行器。它由连接杆件和关节组成，包括肘关节和肩关节。手臂与机座间通过关节边接，从而可扩大末端执行器姿态的动动范围。
　　机座是承力部件，在机器人中相对固定。有固定式机座和移动式机座。移动式机座下部的行走机构可以是滚轮或履带。步行机器人的行走机构多为连杆机构。
　　2.驱动装置。驱动装置为操作机工作提供动力。按所采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件（伺服电动机、液压缸或所缸）可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。
　　3.控制系统。控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。目前，工业机器人多采用计算机控制。计算机控制系统一般分为三级：
　　决策级--识别环境，建立模型，将作业任务分解为基本动作序列；
　　策略级--将基本动作转变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；
　　执行级--将基本动作转变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；
　　（二）工业机器人的分类
　　1.按坐标形式分。
　　（1）直角坐标为（代号PPP）。机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过沿着三个互相重直的直角坐标x、y、z的移动来实现的。
　　　　　　　　　
　　（2）圆柱坐标式（代号RPP）。机器人末端招待器空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。
　
　　（3）球坐标式（代号RRP）。又称极坐标式，机器人手臂的运动由一个直线运动和二个转动组成，即沿x轴的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。
　

　
　　（4）关节坐标式（代号RRR）。又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。
　　　
　　2.按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。
　　（1）电力驱动。使用最多，驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。目前交流伺服电动机是主流。
　　（2）液压驱动。有很大的抓取能力（可抓取高达上千年力），液压力可达7Mpa，液压传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，对温度敏感。
　　（3）气压驱动。结构简单、动作迅速、低格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，因而抓取力小（几十牛力至百牛力）。
　　　　　　　　　　
　　3.按控制方式分。
　　（1）点位控制。只控制机器人末端执行器目标点的位置和姿态，而对从空间的一点到另一点的轨迹不进行严格控制。该种控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。
　　（2）连续轨迹控制。不仅要控制目标点的位置精度，而且还要对运动轨迹进行控制。比较复杂。采用这种控制方式的机器人，常用于焊接、喷漆和检测等作业中。
　　4.按使用范围分。
　　（1）可编程序的通用机器人。其工作程序可以改变，通用性强。适用于多品种，中小批量的生产系统中。
　　（2）固定程序专用机器人。根据工作要求设计成固定程序，多采用液动或气动驱动，结构比较简单。

　　二、工业机器人的特性参数和技术要求
　　（一）特性参数
　　1.坐标型式：直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。
　　2.运动自由度数：一般少于6个。
　　3.各自由度的动作范围
　　4.自由度的动作速度
　　5.额定负载
　　6.精度
　　　　　　表5-2 工业机器人的主要特性参数

项目名称	说明
坐标型式	常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等
运动自由度数	自由度数表示机器人动作的灵活程度，机器人的自由度一般少于6个，也有多于6个的
各自由度的动作范围	自由度的动作范围是指各关节的活动范围。各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作空间的开头和大小
各自由度的动作速度	各自由度的动作速度是指各关节的极限速度
额定负载	额定负载是指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能随的最大负载允许值
精度	精度主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等。其中，位姿精度是指指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时各实到位姿与中心之间的偏差；位姿重复性是指对于同一指令位姿，从同一方向重复向应几次的实到位置和姿态的一致程度；轨迹精度是指机器人机械接口从同一方向几闪跟随指令轨迹的接近能力，轨迹精度由位置轨迹精度（指令轨迹和实际轨迹的位置平均值的中心线之间的最大偏差）和姿态轨迹精度（指令姿态和实到姿态平均值中心线之间的最大偏差）两方面确定；轨迹重复性是指对一给定轨迹在同一方向跟随几次的实到轨迹之间的不一致程度，由位置轨迹重复性的姿态轨迹重复性两个方面确定

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