一袖指、工業(yè)機(jī)器人的主要組成部分

1付找、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置

概念：要使機(jī)器人運(yùn)行起來(lái), 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 作用：提供機(jī)器人各部位歧胃、各關(guān)節(jié)動(dòng)作的原動(dòng)力。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：可以是液壓傳動(dòng)艰争、氣動(dòng)傳動(dòng)坏瞄、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); 可以是直接驅(qū)動(dòng)或者是通過(guò)同步帶、鏈條、輪系鸠匀、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)蕉斜。

（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大狮崩，效率高蛛勉，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)睦柴，直接驅(qū)動(dòng)比較困難诽凌。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)坦敌。 直流伺服電機(jī)電刷易磨損侣诵，且易形成火花。無(wú)刷直流電機(jī)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用狱窘。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制杜顺，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)愈饲。

電動(dòng)上電運(yùn)行前要作如下檢查：

電源電壓是否合適（過(guò)壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞）卿才； 對(duì)于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定值是否合適（開(kāi)始時(shí)不要太大）碴纺；

控制信號(hào)線接牢靠本博，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題（如采用雙絞線）；

不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線全接上仇习，只連成最基本的系統(tǒng)何大，運(yùn)行良好后，再逐步連接梆载。

一定要搞清楚接地方法摇蝗，還是采用浮空不接。

開(kāi)始運(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)撵刷，如運(yùn)動(dòng)是否正常裆蛆，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即停機(jī)調(diào)整恤仁。

（2）液壓驅(qū)動(dòng)

通過(guò)高精度的缸體和活塞來(lái)完成坏榜，通過(guò)缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)點(diǎn)：功率大隆檀，可省去減速裝置直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊粹湃，剛度好恐仑，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。

缺點(diǎn)：需要增設(shè)液壓源裳仆，易產(chǎn)生液體泄漏腕让，不適合高、低溫場(chǎng)合歧斟，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)纯丸。

選擇適合的液壓油。 防止固體雜質(zhì)混入液壓系統(tǒng)静袖，防止空氣和水入侵液壓系統(tǒng) 觉鼻。機(jī)械作業(yè)要柔和平順機(jī)械作業(yè)應(yīng)避免粗暴，否則必然產(chǎn)生沖擊負(fù)荷队橙，使機(jī)械故障頻發(fā)坠陈，大大縮短使用壽命。要注意氣蝕和溢流噪聲淮辕。作業(yè)中要時(shí)刻注意液壓泵和溢流閥的聲音蘸错，如果液壓泵出現(xiàn)“氣蝕”噪聲，經(jīng)排氣后不能消除俯炮，應(yīng)查明原因排除故障后才能使用冬溯。 保持適宜的油溫。液壓系統(tǒng)的工作溫度一般控制在30～80℃之間為宜敦浅。

（3）氣壓驅(qū)動(dòng)

氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單录教，清潔，動(dòng)作靈敏剿稼，具有緩沖作用百涕。 .但與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相比，功率較小茂禁，剛度差斩角，噪音大，速度不易控制瞻窗，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人伶丐。

a.具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單疯特，維修方便哗魂、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中漓雅、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用录别。但因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械人中邻吞，如在上组题、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多葫男。

b.在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)器人中的崔列。

c.控制裝置目前多數(shù)選用可編程控制器(PLC控制器)梢褐。在易燃、易爆場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置赵讯。

2盈咳、直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)裝置是連接動(dòng)力源和運(yùn)動(dòng)連桿的關(guān)鍵部分，根據(jù)關(guān)節(jié)形式边翼，常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式有直線傳動(dòng)和旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)淳某。

直線傳動(dòng)方式可用于直角坐標(biāo)機(jī)器人的X、Y填丢、Z向驅(qū)動(dòng)节讹，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)敞灸。

直線運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)齒輪齒條漾肩、絲杠螺母等傳動(dòng)元件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以有直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)区酷，也可以直接由氣缸或液壓缸的活塞產(chǎn)生掘鱼。

（1）齒輪齒條裝置

通常齒條是固定的。齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成托板的直線運(yùn)動(dòng)丛幌。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單鸣拦。

缺點(diǎn)：回差較大。

（2）滾珠絲杠

在絲杠和螺母的螺旋槽內(nèi)嵌入滾珠懒碍，并通過(guò)螺母中的導(dǎo)向槽使?jié)L珠能連續(xù)循環(huán)葱妒。

優(yōu)點(diǎn)：摩擦力小，傳動(dòng)效率高缝驳，無(wú)爬行连锯，精度高

缺點(diǎn)：制造成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜用狱。

自鎖問(wèn)題：理論上滾珠絲杠副也可以自鎖,但是實(shí)際應(yīng)用上沒(méi)有使用這個(gè)自鎖的,原因主要是：可靠性很差运怖，或加工成本很高；因?yàn)橹睆脚c導(dǎo)程比非常大夏伊，一般都是再加一套蝸輪蝸桿之類的自鎖裝置摇展。

3、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

采用旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的是將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)源輸出的較高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成較低轉(zhuǎn)速溺忧，并獲得較大的力矩咏连。機(jī)器人中應(yīng)用較多的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪鏈、同步皮帶和諧波齒輪鲁森。

（1）齒輪鏈

a.轉(zhuǎn)速關(guān)系

b.力矩關(guān)系

（2）同步皮帶

同步帶是具有許多型齒的皮帶捻勉，它與同樣具有型齒的同步皮帶輪相嚙合镀梭。工作時(shí)相當(dāng)于柔軟的齒輪刀森。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)滑動(dòng)踱启，柔性好，價(jià)格便宜研底，重復(fù)定位精度高庵恨。

缺點(diǎn)：具有一定的彈性變形。

（3）諧波齒輪

諧波齒輪由剛性齒輪修扁、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成诀烫，一般剛性齒輪固定，諧波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)柔性齒輪旋轉(zhuǎn)峡逆。 主要特點(diǎn)：

a.傳動(dòng)比大勃拢，單級(jí)為50—300。

b.傳動(dòng)平穩(wěn)念弧，承載能力高后涛。

c.傳動(dòng)效率高,可達(dá)70%—90%。

d.傳動(dòng)精度高,比普通齒輪傳動(dòng)高3—4倍依播。

e.回差小口愁，可小于3’。

f.不能獲得中間輸出娱必，柔輪剛度較低鸿挠。

諧波傳動(dòng)裝置在機(jī)器人技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家已得到了廣泛的應(yīng)用。僅就日本來(lái)說(shuō)姻蚓，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的60％都采用了諧波傳動(dòng)宋梧。

美國(guó)送到月球上的機(jī)器人，其各個(gè)關(guān)節(jié)部位都采用諧波傳動(dòng)裝置狰挡，其中一只上臂就用了30個(gè)諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)捂龄。

前蘇聯(lián)送入月球的移動(dòng)式機(jī)器人“登月者”，其成對(duì)安裝的8個(gè)輪子均是用密閉諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的圆兵。 德國(guó)大眾汽車公司研制的ROHREN跺讯、GEROT R30型機(jī)器人和法國(guó)雷諾公司研制的VERTICAL 80型機(jī)器人等都采用了諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

4殉农、機(jī)器人傳感系統(tǒng)

a.感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成, 用以獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息刀脏。

b.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)超凳。

c.智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性愈污、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。

d.對(duì)于一些特殊的信息, 傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效轮傍。

5暂雹、機(jī)器人位置檢測(cè)

旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器是最常用的位置反饋裝置首装。光電探測(cè)器把光脈沖轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制波形。軸的轉(zhuǎn)角通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù)得到衔耕，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由兩個(gè)方波信號(hào)的相對(duì)相位決定赊偿。

感應(yīng)同步器輸出兩個(gè)模擬信號(hào)——軸轉(zhuǎn)角的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。軸的轉(zhuǎn)角由這兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)幅值計(jì)算得到悬鲜。感應(yīng)同步器一般比編碼器可靠绅鉴，但它的分辨率較低。

電位計(jì)是最直接的位置檢測(cè)形式厉源。它連接在電橋中既蛙，能夠產(chǎn)生與軸轉(zhuǎn)角成正比的電壓信號(hào)。但是豆蝠，由于分辨率低蓖社、線性不好以及對(duì)噪聲敏感。

轉(zhuǎn)速計(jì)能夠輸出與軸的轉(zhuǎn)速成正比的模擬信號(hào)赛羡。如果沒(méi)有這樣的速度傳感器衍止，可以通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的位置相對(duì)于時(shí)間的差分得到速度反饋信號(hào)。

6白找、機(jī)器人力檢測(cè)

力傳感器通常安裝在操作臂下述三個(gè)位置：

a.安裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上能真。可測(cè)量驅(qū)動(dòng)器/減速器自身的力矩或者力的輸出扰柠。但不能很好地檢測(cè)末端執(zhí)行器與環(huán)境之間的接觸力粉铐。

b.安裝在末端執(zhí)行器與操作臂的終端關(guān)節(jié)之間，可稱腕力傳感器卤档。通常蝙泼，可以測(cè)量施加于末端執(zhí)行器上的三個(gè)到六個(gè)力/力矩分量。

c.安裝在末端執(zhí)行器的“指尖”上劝枣。通常汤踏，這些帶有力覺(jué)得手指內(nèi)置了應(yīng)變計(jì)，可以測(cè)量作用在指尖上的一個(gè)到四個(gè)分力舔腾。

7溪胶、機(jī)器人－環(huán)境交互系統(tǒng)

a.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)。

b.工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元稳诚，如加工制造單元哗脖、焊接單元、裝配單元等扳还。也可以是多臺(tái)機(jī)器人才避、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成 掰废。

c.也可以是多臺(tái)機(jī)器人棕优、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備缴碉、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。

8佣虑、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)器人控制并與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置叁乍。 該系統(tǒng)歸納起來(lái)分為兩大類: 指令給定裝置和信息顯示裝置。

二艇线、工業(yè)機(jī)器人的常用運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)形

1剧鹏、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)到高精度游鹿。

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焊接梨耽、搬運(yùn)义誓、上下料、包裝统岭、碼垛蟋定、拆垛、檢測(cè)草添、探傷驶兜、分類、裝配远寸、貼標(biāo)抄淑、噴碼、打碼驰后、（軟仿型）噴涂肆资、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作灶芝。

②特別適用于多品種郑原，便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定夜涕，提高產(chǎn)品質(zhì)量犯犁，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女器。

2口迟、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(jiàn)的結(jié)構(gòu)诽祠。它的工作范圍較為復(fù)雜斧与。

①汽車零配件、模具秧诊、鈑金件筋劣、塑料制品牡徘、運(yùn)動(dòng)器材、玻璃制品正脸、陶瓷式伶、航空等的快速檢測(cè)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

②車身裝配鄙叼、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)贡金。

③古董、藝術(shù)品群娃、雕塑衅侥、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作劫瞳。

④汽車整車現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和檢測(cè)倘潜。

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

3伺绽、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养泡。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)和取放物件奈应，如集成電路板等

③廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)澜掩、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)钥组、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输硝。

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,覆蓋工作空間較大程梦。但該坐標(biāo)復(fù)雜, 難于控制,且

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