一、工業(yè)機(jī)器人的基本組成
如圖所示, 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是: 機(jī)械部分、傳感部分、控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是: 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人-機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。下面將分述六個(gè)子系統(tǒng)。
工業(yè)機(jī)器人的基本組成
工業(yè)機(jī)器人三大構(gòu)件
1. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
要使機(jī)器人運(yùn)行 起來(lái), 就需 給各個(gè)關(guān)節(jié)即每 個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安 置傳動(dòng) 裝置, 這就是 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng), 或者把它們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的綜合系統(tǒng); 可以直接驅(qū)動(dòng)或者通過(guò)同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)。2. 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)身、手臂、末端操作器三大件組成, 如圖所示。每一大 件都有若干自由度, 構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若機(jī)身具備行走機(jī)構(gòu)便構(gòu)成行走機(jī)器人;若機(jī)身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu), 則構(gòu)成單機(jī)器人臂( Singl e R obot Arm) 。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件, 它可以是二手指或多手指的手爪, 也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。3. 感受系統(tǒng)
它由內(nèi)部傳感器 模塊和外部傳 感器模 塊組成, 獲取內(nèi)部和外部環(huán) 境狀 態(tài)中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。人類的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的。然而, 對(duì)于一些特殊的信息, 傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。4. 機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人環(huán)境 交互系 統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī) 器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié) 調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元, 如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。當(dāng)然, 也可以是多臺(tái)機(jī)器人, 多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備, 多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。5. 人-機(jī)交互系統(tǒng)
人-機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。例如, 計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端, 指令控制臺(tái), 信息顯示板, 危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。歸納起來(lái)為兩大類: 指令給定裝置和信息顯示裝置。6. 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征, 則為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng); 若具備信息反饋特征, 則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng), 適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)動(dòng)的形式可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。二、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù) 是各工 業(yè)機(jī)器人 制造商在產(chǎn)品供 貨時(shí)所提供的技術(shù)數(shù)據(jù), 表 1-1 提供的 幾種工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)是從國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品樣本中摘錄出來(lái)的, 僅供參考。盡管各廠商所提 供的技 術(shù)參數(shù)項(xiàng)目是不 完全一樣的, 工業(yè)機(jī) 器人的 結(jié)構(gòu)、用途等 有所不同, 且用戶的要求也不同, 但是, 工業(yè)機(jī)器人 的主要技術(shù)參數(shù)一般都應(yīng)有: 自由度、重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力等。
1. 自由度
自由度是 指機(jī)器人所具有 的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn) 動(dòng)的數(shù)目, 不應(yīng)包括手爪( 末端操作器) 的開(kāi)合自由度。在三維空間中描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)( 簡(jiǎn)稱位姿) 需要 6 個(gè)自由度。但是, 工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的, 可能小于 6 個(gè)自由度, 也可能大于 6 個(gè)自由度。例如,A 4020 裝配機(jī)器人具有 4 個(gè)自由度, 可以在印電路板上接插電子器件; PUMA 562 機(jī)器人具 有 6 個(gè)自由度, 如圖 所示, 可以進(jìn)行復(fù)雜空間曲面的弧焊作業(yè)。從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)看, 在完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的 機(jī)器人, 就叫做冗余自由度 機(jī)器人, 亦可簡(jiǎn)稱冗余 度機(jī)器人。例如, PUMA562 機(jī)器人去執(zhí) 行印電 路板上 接插電子 器件的 作業(yè)時(shí)就 成為冗余 度機(jī)器人。利用冗余的自由度可以增加機(jī)器人的靈活性, 躲避障礙物和改善動(dòng)力性能。人的手臂( 大臂、小臂、手腕) 共有 7 個(gè)自 由度, 所以工作起來(lái)很靈巧, 手部可回避障礙物從不同方向到達(dá)同一個(gè)目的點(diǎn)。
PUMA562機(jī)器人
2. 重復(fù)定位精度
工業(yè)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力, 可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示, 它是衡量一列誤差值的密集度, 即重復(fù)度, 如圖所示。
3. 工作范圍
工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合, 也叫做工作區(qū)域。因為末端操作器的形狀和尺寸是多種多樣的, 為了真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù), 所以是指不安裝末端操作器時(shí)的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的, 機(jī)器人在執(zhí)行某作業(yè)時(shí)可能會(huì)因為存在手部不能到達(dá)的作業(yè)死區(qū)( dead zone) 而不能完成任務(wù)。圖1-6 和圖1-7 所示分別為P UMA 機(jī)器人和 A 4020 機(jī)器人的工作范圍。
PUMA機(jī)器人工作范圍
4. 最大工作速度
最大工作速度, 有的廠家指工業(yè)機(jī)器人主要自由度上最大的穩(wěn)定 速度, 有的 廠家指手臂末端最大的合成速度, 通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說(shuō)明。很明顯, 工作速度愈高, 工作效率愈高。但是, 工作速度愈高就要花費(fèi)更多的時(shí)間去升速或 降速, 或者 對(duì)工業(yè)機(jī)器人的最大加速度率或最大減速度率的要求更高。
A4020裝配機(jī)器人工作范圍
5. 承載能力
承載能力是指機(jī) 器人在工作范 圍內(nèi)的 任何位 置上所能承受的 最大質(zhì) 量。承載 能力不 僅決定于負(fù)載 的質(zhì)量, 而且還與機(jī)器人運(yùn)行 的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見(jiàn), 承載 能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常, 承載能力不僅指負(fù)載, 而且還包括了機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。
End
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