工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點和性能

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工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點

和其他機(jī)器設(shè)計相比，工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上有很多獨特之處，主要可以歸納為以下幾點：

無錫金紅鷹焊接機(jī)器人及控制柜

1.工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可以簡化成各連桿首尾相接，末端開放的一個開式連桿系(也可能存在部分閉鏈結(jié)構(gòu))，連桿末端一般無法加以支撐，因而操作機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度差。

2.在組成操作機(jī)的開式連桿系中，每根連桿都其有獨立的驅(qū)動器，因而屬于主動連桿系。不同連桿之間的運(yùn)動沒有依從關(guān)系，操作機(jī)的運(yùn)動更為靈話，但控制起來也更復(fù)雜。

3.連桿驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在運(yùn)動過程中的變化規(guī)律比較復(fù)雜，連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，對機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度、間隙和運(yùn)動精度都有較高的要求。

4.連桿的受力狀態(tài)、剛度條件和動態(tài)性能都隨位姿的改變而變化，因此容易發(fā)生振動或其它不穩(wěn)定現(xiàn)象。

工業(yè)機(jī)器人性能評判指標(biāo)

表示機(jī)器人特性的基本參數(shù)和性能指標(biāo)主要有工作空間、自由度、有效負(fù)載、運(yùn)動精度、運(yùn)動特性、動態(tài)特性等。

工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)

工作空間是指機(jī)器人臂桿的特定部位在一定條件下所能到達(dá)空間的位置集合。工作空間的性狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小。

(1)通常工業(yè)機(jī)器人說明書中表示的工作空間指的是手腕上機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點在空間能達(dá)到的范圍，也即手腕端部法蘭的中心點在空間所能到達(dá)的范圍，而不是末端執(zhí)行器端點所能達(dá)到的范圍。因此，在設(shè)計和選用時，要注意安裝末端執(zhí)行器后，機(jī)器人實際所能達(dá)到的工作空間。

(2)機(jī)器人說明書上提供的工作空間往往要小于運(yùn)動學(xué)意義上的空間。這是因為在可達(dá)空間中，手臂位姿不同時有效負(fù)載、允許達(dá)到的速度和加速度都不一樣，在臂桿位置允許的極限值通常要比其他位置的小些。此外，在機(jī)器人的可達(dá)空間邊界上可能存在自由度退化的問題，此時的位姿稱為奇異位形，而且在奇異位形周圍相當(dāng)大的范圍內(nèi)都會出現(xiàn)自由度進(jìn)化現(xiàn)象，這部分工作空間在機(jī)器人工作時都不能被利用。

(3)除了在工作邊緣，實際應(yīng)用中的工業(yè)機(jī)器人還可能由于受到機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，在工作空間的內(nèi)部也存在著臂端不能達(dá)到的區(qū)域，這就是常說的空洞或空腔。空腔是指在工作空間內(nèi)臂端不能達(dá)到的完全封閉空間。而空洞是指在沿轉(zhuǎn)軸周圍全長上臂端都不能達(dá)到的空間。

2.運(yùn)動自由度

運(yùn)動自由度是指機(jī)器人操作機(jī)在空間運(yùn)動所需的變量數(shù)，用以表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，一般是以沿軸線移動和繞軸線轉(zhuǎn)動的獨立運(yùn)動的數(shù)目來表示。

自由物體在空間自六個自由度(三個轉(zhuǎn)動自由度和三個移動自由度)。工業(yè)機(jī)器人往往是個開式連桿系，每個關(guān)節(jié)運(yùn)動副只有一個自由度，因此通常機(jī)器人的自由度數(shù)目就等于其關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強(qiáng)。

目前工業(yè)機(jī)器人通常具有4—6個自由度。當(dāng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)(自由度)增加到對末端執(zhí)行器的定向和定位不再起作用時，便出現(xiàn)了冗余自由度。冗余度的出現(xiàn)增加了機(jī)器人工作的靈活型，但也使控制變得更加復(fù)雜。

工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動方式上，總可以分為直線運(yùn)動(簡記為P)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(簡記為R)兩種，應(yīng)用簡記符號P和R可以表示操作機(jī)運(yùn)動自由度的特點，如RPRR表示機(jī)器人操作機(jī)具有四個自由度，從基座開始到臂端，關(guān)節(jié)運(yùn)動的方式依次為旋轉(zhuǎn)-直線-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)。此外，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動自由度還有運(yùn)動范圍的限制。

無錫金紅鷹焊接機(jī)器人參數(shù)

有效負(fù)載是指機(jī)器人操作機(jī)在工作時臂端可能搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作機(jī)的負(fù)荷能力。

機(jī)器人在不同位姿時，允許的可搬運(yùn)質(zhì)量是不同的，因此機(jī)器人的額定可搬運(yùn)質(zhì)量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時腕關(guān)節(jié)端部都能搬運(yùn)的質(zhì)量。

4.運(yùn)動精度

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的精度主要涉及位姿精度、重復(fù)位姿精度、軌跡精度、重復(fù)軌跡精度等。

位姿精度是指指令位姿和從同一方向接近該指令位姿時的實到位姿中心之間的偏差。重復(fù)位姿精度是指對同指令位姿從同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實到位姿的不一致程度。

軌跡精度是指機(jī)器人機(jī)械接口從同一方向n次跟隨指令軌跡的接近程度。軌跡重復(fù)精度是指對一給定軌跡在同方向跟隨n次后實到軌跡之間的不一致程度。

5.運(yùn)動特性

速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動特性的主要指標(biāo)。在機(jī)器人說明書中，通常提供了主要運(yùn)動自由度的穩(wěn)定速度，但在實際應(yīng)用中單純考慮穩(wěn)定速度是不夠的，還應(yīng)注意其允許加速度。

6.動態(tài)特性

動態(tài)特性結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)主要包括質(zhì)量、慣性矩、剛度、阻尼系數(shù)、固有頻率和振動模態(tài)。

審核編輯：湯梓紅