快捷搜索:  as

工业机器人构形、材料、驱动及技术解析

关键词:

工业机械人

择要:工业机械人常用的运动学构形有笛卡尔操作臂、铰链型操作臂(枢纽关头型)、冗余机构等,制作机械人常用的材料平日为碳素布局钢和合金布局钢,也有其他复合型材料……

工业机械人常用的运动学构形有笛卡尔操作臂、铰链型操作臂(枢纽关头型)、SCARA操作臂、球面坐标型操作臂、圆柱面坐标型操作臂、冗余机构等,制作机械人常用的材料平日为碳素布局钢和合金布局钢,也有其他复合型材料……本篇涉及工业机械人的构形、材料、驱动及技巧,十分具体。

一、常用运动学构形

1、笛卡尔操作臂

优点:很轻易经由过程谋略机节制实现,轻易达到高精度。 毛病:阴碍事情, 且占地面积大年夜, 运动速率低, 密封性不好。

①焊接、搬运、高低料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装置、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、目标跟随、排爆等一系列事情。

②分外适用于多品种,便批量的柔性化功课,对付稳定,前进产品德量,前进劳动临盆率,改良劳动前提和产品的快速更新换代有着十分紧张的感化,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

2、铰链型操作臂(枢纽关头型)

枢纽关头机械人的枢纽关头全都是扭转的, 类似于人的手臂,工业机械人中最常见的布局。它的事情范围较为繁杂。

①汽车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开拓。

②车身装置、通用机器装置等制造质量节制等的三坐标丈量及偏差检测。

③古董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽车整车现场丈量和检测。

⑤人体外形丈量、骨骼等医疗器材制作、人体形状制作、医学整容等。

3、SCARA操作臂

SCARA机械人常用于装置功课, 最显明的特征是它们在x-y平面上的运动具有较大年夜的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 以是, 它具有选择性和柔性。这种机械人在装置功课中得到了较好的利用。

①大年夜量用于装置印刷电路板和电子零部件

②搬动和取放物件,如集成电路板等

③广泛利用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食物工业等领域.

④搬取零件和装置事情。

4、球面坐标型操作臂

特征:中间支架相近的事情范围大年夜,两个迁移转变驱动装配轻易密封,覆盖事情空间较大年夜。但该坐标繁杂, 难于节制,且直线驱动装配存在密封的问题,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

5、圆柱面坐标型操作臂

优点:且谋略简单;直线部分可采纳液压驱动,可输出较大年夜的动力; 能够伸入型腔式机械内部。 毛病:它的手臂可以到达的空间受到限定, 不能到达近立柱或近地面的空间;

直线驱动部分难以密封、防尘; 后臂事情时, 手臂后端会碰着事情范围内的其它物体。

6、冗余机构

平日空间定位必要6个自由度,使用附加的枢纽关头可以赞助机构避开奇异位形。下图为7自由度操作臂位形

7、闭环布局

闭环布局可以前进机构刚度,但会减小枢纽关头运动范围,事情空间有必然减小。

①运动模拟器;

②并联机床;

③微操作机械人;

④力传感器;

⑤生物医学工程中的细胞操作机械人、可实现细胞的打针和瓜分;

⑥微外科手术机械人;

⑦大年夜型射电天文千里镜的姿态调剂装配;

⑧混联设置设备摆设等,如SMT公司的Tricept混联机器手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。

工业机械人的几种常用布局形式(图)

二、机械人的主要技巧参数

机械人的技巧参数反应了机械人可胜任的事情、具有的最高操作机能等环境,是设计、利用机械人必须斟酌的问题。机械人的主要技巧参数有自由度、分辨率、事情空间、事情速率、事情载荷等,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

1、自由度

机械人具有的自力坐标轴运动的数目。机械人的自由度是指确定机械人手部在空间的位置和姿态时所必要的自力运动参数的数目。手指的开、合,以及手指枢纽关头的自由度一样平常不包括在内。.机械人的自由度数一样平常即是枢纽关头数目。机械人常用的自由度数一样平常不跨越5~6个。

2、枢纽关头(Joint)

即运动副,容许机械人手臂各零件之间发生相对运动的机构。

3、事情空间

机械人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。其外形取决于机械人的自由度数和各运动枢纽关头的类型与设置设置设备摆设摆设。机械人的事情空间平日用图解法和解析法两种措施进行表示。

4、事情速率

机械人在事情载荷前提下、匀速运动历程中,机器接口中间或对象中间点在单位光阴内所移动的间隔或迁移转变的角度。

5、事情载荷

指机械人在事情范围内任何位置上所能遭遇的最大年夜负载,一样平常用质量、力矩、惯性矩表示。还和运行速率和加速率大年夜小偏向有关,一样平常规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。

6、分辨率

能够实现的最小移动间隔或最小迁移转变角度。

7、精度

重复性或重复定位精度:指机械人重复到达某一目标位置的差异程度。或在相同的位置指令下,机械人连 续重复多少次其位置的分散环境。它是衡量一列偏差值的密集程度,即重复度。

三、机械人常用材料

1)碳素布局钢和合金布局钢 这类材料强度好,分外是合金布局钢,其强度增大年夜了4~5倍,弹性模量E大年夜,抗变形能力强,是利用最广泛的材料,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

2)铝、铝合金及其他轻合金材料 这类材料的合营特征是重量轻,弹性模量E并不大年夜,然则材料密度小,故E/ρ之比仍可与钢材比拟。有些稀贵铝合金的品德获得了更显着的改良,例如添加3.2%(重量百分比)锂的铝合金,弹性模量增添了14%,E/ρ比增添了16%。

3)纤维增强合金 这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等,其E/ρ比分手达到11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属材料具有异常高的E/ρ比,但价格昂贵。

4)陶瓷 陶瓷材料具有优越的品德,然则脆性大年夜,不易加工,日本已经试制了在小型高精度机械人上应用的陶瓷机械人臂样品。

5)纤维增强复合材料 这类材料具有极好的E/ρ比,而且还具有十分凸起的大年夜阻尼的优点。传统金属材料弗成能具有这么大年夜的阻尼,以是在高速机械人上利用复合材料的实例越来越多。

6)粘弹性大年夜阻尼材料 增大年夜机械人连杆件的阻尼是改良机械人动态特点的有效措施。今朝有许多措施用来增添布局件材料的阻尼,此中最得当机械人采纳的一种措施是用粘弹性大年夜阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处置惩罚,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

四、机械人主要布局

㈠、机械人驱动装配

观点:要使机械人运行起来, 需给各个枢纽关头即每个运动自由度安置传动装配 感化:供给机械人各部位、各枢纽关头动作的原动力。

驱动系统:可所以液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们结合起来利用的综合系统; 可所以直接驱动或者是经由过程同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机器传念头构进行间接驱动。

1、电动驱动装配

电动驱动装配的能源简单,速率变更范围大年夜,效率高,速率和位置精度都很高。但它们多与减速装配相联,直接驱动对照艰苦。

电动驱动装配又可分为直流(DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。直流伺服电机电刷易磨损,且易形成火花。无刷直流电机也获得了越来越广泛的利用。步进电机驱动多为开环节制,节制简单但功率不大年夜,多用于低精度小功率机械人系统。

电动上电运行前要作如下反省:

1)电源电压是否相宜(过压很可能造成驱动模块的毁坏);对付直流输入的+/-极性必然不能接错,驱动节制器上的电机型号或电流设定值是否相宜(开始时不要太大年夜);

2)节制旌旗灯号线接坚固,工业现场最好要斟酌樊篱问题(如采纳双绞线);

3)不要开始时就把必要接的线全接上,只连成最基础的系统,运行优越后,再慢慢连接。

4)必然要搞清接地措施,照样采纳浮空不接。

5)开始运行的半小时内要亲昵察看电机的状态,如运动是否正常,声音和温升环境,发明问题急速停机调剂。

2、液压驱动

经由过程高精度的缸体和活塞来完成,经由过程缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。

优点:功率大年夜,可省去减速装配直接与被驱动的杆件相连,布局紧凑,刚度好,相应快,伺服驱动具有较高的精度。

毛病:必要增设液压源,易孕育发生液体透露,不得当高、低温场合,故液压驱动今朝多用于特大年夜功率的机械人系统。

选择得当的液压油。防止固体杂质混入液压系统,防止空气和水入侵液压系统 。机器功课要柔和平顺机器功课应避免粗暴,否则一定孕育发生冲击负荷,使机器故障频发,大年夜大年夜缩短应用寿命。要留意气蚀和溢流噪声。功课中要时候留意液压泵和溢流阀的声音,假如液压泵呈现“气蚀”噪声,经排气后不能打消,应查明缘故原由扫除故障后才能应用。维持合适的油温。液压系统的事情温度一样平常节制在30~80℃之间为宜。

3、气压驱动

气压驱动的布局简单,洁净,动作灵敏,具有缓冲感化。.但与液压驱动装配比拟,功率较小,刚度差,噪音大年夜,速率不易节制,以是多用于精度不高的点位节制机械人。

(1)具有速率快、系统布局简单,维修方便、价格低等特征。适于在中、小负荷的机械人中采纳。但因难于实现伺服节制,多用于法度榜样节制的机器人中,如在上、下料和冲压机械人中利用较多。

(2)在多半环境下是用于实现两位式的或有限点位节制的中、小机械人中的。

(3)节制装配今朝多半选用可编程节制器(PLC节制器)。在易燃、易爆场合下可采纳气动逻辑元件组成节制装配,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

㈡、直线传念头构。

传动装配是连接动力源和运动连杆的关键部分,根据枢纽关头形式,常用的传念头构形式有直线传动和扭转传念头构。直线传动要领可用于直角坐标机械人的X、Y、Z向驱动,圆柱坐标布局的径向驱动和垂直升降驱动,以及球坐标布局的径向伸缩驱动。直线运动可以经由过程齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将扭转运动转换成直线运动,也可以有直线驱动电机驱动,也可以直接由气缸或液压缸的活塞孕育发生。

1、齿轮齿条装配

平日齿条是固定的。齿轮的扭转运动转换成托板的直线运动。

优点:布局简单。

毛病:回差较大年夜。

2、滚珠丝杠

在丝杠和螺母的螺旋槽内嵌入滚珠,并经由过程螺母中的导向槽使滚珠能继续轮回。

优点:摩擦力小,传动效率高,无爬行,精度高

毛病:制造资源高,布局繁杂。

自锁问题:理论上滚珠丝杠副也可以自锁,然则实际利用上没有应用这个自锁的,缘故原由主如果:靠得住性很差,或加工资源很高;由于直径与导程比异常大年夜,一样平常都是再加一套蜗轮蜗杆之类的自锁装配。

㈢、扭转传念头构

采纳扭转传念头构的目的是将电机的驱动源输出的较高转速转换成较低转速,并得到较大年夜的力矩。机械人中利用较多的扭转传念头构有齿轮链、同步皮带折衷波齿轮,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

1、齿轮链

(1)转速关系

(2)力矩关系

2、同步皮带

同步带是具有许多型齿的皮带,它与同样具有型齿的同步皮带轮相啮合。事情时相称于柔嫩的齿轮。

优点:无滑动,柔性好,价格便宜,重复定位精度高。

毛病:具有必然的弹性变形。

3、谐波齿轮

谐波齿轮由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要零件组成,一样平常刚性齿轮固定,谐波发生器驱动柔性齿轮扭转。主要特征:

(1)、传动连大年夜,单级为50—300。

(2)、传动平稳,承载能力高。

(3)、传动效率高,可达70%—90%。

(4)、传动精度高,比通俗齿轮传动高3—4倍。

(5)、回差小,可小于3’。

(6)、不能得到中心输出,柔轮刚度较低。

谐波传动装配在机械人技巧对照先辈的国家已获得了广泛的利用。仅就日原先说,机械人驱动装配的60%都采纳了谐波传动。

美国送到月球上的机械人,其各个枢纽关头部位都采纳谐波传动装配,此中一只上臂就用了30个谐波传念头构。

前苏联送入月球的移动式机械人“登月者”,其成对安装的8个轮子均是用密闭谐波传念头构零丁驱动的。.德国大年夜众汽车公司研制的ROHREN、GEROT R30型机械人和法国雷诺公司研制的VERTICAL 80型机械人等都采纳了谐波传念头构,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

㈣、机械人传感系统

1、感想熏染系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成, 用以获取内部和外部情况状态中故意义的信息。

2、智能传感器的应用前进了机械人的灵便性、适应性和智能化的水准。

3、智能传感器的应用前进了机械人的灵便性、适应性和智能化的水准。

4、对付一些特殊的信息, 传感器比人类的感想熏染系统更有效。

㈤、机械人位置检测

扭转光学编码器是最常用的位置反馈装配。光电探测器把光脉冲转化成二进制波形。轴的转角经由过程谋略脉冲数获得,迁移转变偏向由两个方波旌旗灯号的相对相位抉择。感应同步器输出两个模拟旌旗灯号——轴转角的正弦旌旗灯号和余弦旌旗灯号。轴的转角由这两个旌旗灯号的相对幅值谋略获得。感应同步器一样平常比编码器靠得住,但它的分辨率较低。

电位计是最直接的位置检测形式。它连接在电桥中,能够孕育发生与轴转角成正比的电压旌旗灯号。然则,因为分辨率低、线性不好以及对噪声敏感。转速计能够输出与轴的转速成正比的模拟旌旗灯号。假如没有这样的速率传感器,可以经由过程对检测到的位置相对付光阴的差分获得速率反馈旌旗灯号。

㈥、机械人力检测

力传感器平日安装在操作臂下述三个位置:

1、安装在枢纽关头驱动器上。可丈量驱动器/减速器自身的力矩或者力的输出。但不能很好地检测末尾履行器与情况之间的打仗力。

2、安装在末尾履行器与操作臂的终端枢纽关头之间,可称腕力传感器。平日,可以丈量施加于末尾履行器上的三个到六个力/力矩分量。

3、安装在末尾履行器的“指尖”上。平日,这些带有力觉到手指内置了应变计,可以丈量感化在指尖上的一个到四个分力。

㈦、机械人-情况交互系统

1、机械人-情况交互系统是实现工业机械人与外部情况中的设备互相联系和和谐的系统。

2、工业机械人与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装置单元等。也可所以多台机械人、多台机床或设备、多个零件存储装配等集成 。

3、也可所以多台机械人、多台机床或设备、多个零件存储装配等集成为一个去履行繁杂义务的功能单元,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

㈧、人机交互系统

人机交互系统是使操作职员介入机械人节制并与机械人进行联系的装配。该系统归纳起来分为两大年夜类: 指令给定装配和信息显示装配。

五、 机械人的节制系统

1、机械人的节制系统

“节制”的目的是使被控工具孕育发生节制者所期望的行径要领。.“节制”的基础前提是懂得被控工具的特点。“实质”是对驱动器输着力矩的节制。

2、机械人示教道理

机械人的基础事情道理是示教再现;示教也称导引,即由用户导引机械人,一步步按实际义务操作一遍,机械人在导引历程中自动影象示教的每个动作的位置、姿态、运动参数/工艺参数等,并自动天生一个继续履行整个操作的法度榜样。完成示教后,只需给机械人一个启动敕令,机械人将正确地按示教动作,一步步完玉成部操作;

3、机械人节制的分类 :

1)按照有无反馈分为:开环节制、闭环节制;

开环正确节制的前提:正确地知道被控工具的模型,并且这一模型在节制历程中维持不变。

2)按照期望节制量分为:位置节制,力节制,混杂节制 ;

位置节制分为:单枢纽关头位置节制(位置反馈,位置速率反馈,位置速率加速率反馈)、多枢纽关头位置节制、多枢纽关头位置节制分为分化运动控、集中节制;力节制分为:直接力节制、阻抗节制、力位混杂节制 ;

3)智能化的节制要领 :隐隐节制、自适应节制、最优节制、神经收集节制、隐隐神经收集节制 、专家节制以及其他;

4、节制系统硬件设置设置设备摆设摆设及布局:

因为机械人的节制历程中涉及大年夜量的坐标变换和插补运算以及较低层的实时节制,以是,今朝的机械人节制系统在布局上大年夜多半采纳分层布局的微型谋略机节制系统,平日采纳的是两级谋略机伺服节制系统,关注"民众,"号“三〇智工”,智能制造领域技能人才优质岗位一键直荐以及企业免费宣布招聘岗位。

1)详细流程:

主控谋略机接到事情职员输入的功课指令后,首先阐发解释指令,确定手的运动参数。

然落后行运动学、动力学和插补运算,着末得出机械人各个枢纽关头的和谐运动参数。这些参数颠末通信线路输出到伺服节制级,作为各个枢纽关头伺服节制系统的给定旌旗灯号。枢纽关头驱动器将此旌旗灯号D/A转换后驱动各个枢纽关头孕育发生和谐运动。传感器将各个枢纽关头的运动输出旌旗灯号反馈回伺服节制级谋略机形成局部闭环节制,从而加倍正确的节制机械人手部在空间的运动。

2)基于PLC的运动节制 两种节制要领:

1、使用PLC的某些输出端口应用脉冲输出指令来孕育发生脉冲驱动电机,同时应用通用I/O或者计数部件来实现电机的闭环位置节制。

2、应用PLC外部扩展的位置节制模块来实现电机的闭环位置节制主如果以发高速脉冲要领节制,属于位置节制要领,一样平常点到点的位置节制要领较多。

您可能还会对下面的文章感兴趣: