工業(yè)機器人的基本工作原理,工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附 加值高，應(yīng)用范圍廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信 息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來 越重要的作用。從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè) 一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。根據(jù)發(fā)達國家產(chǎn)業(yè) 發(fā)展與升級的歷程和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，到 2015年中國機器人市場的容量約達十幾萬臺套。

1工業(yè)機器人的基本工作原理

工業(yè)機器人是一種生產(chǎn)裝備，其基本功能是提供 作業(yè)所須的運動和動力．其基本工作原理是通過操作機 上各運動構(gòu)件的運動．自動地實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能 及技術(shù)要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工業(yè) 機器人與機床有相同之處：二者的末端執(zhí)行器都有位置 變化要求，而且都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的 位置變化要求。當然機器人也有其獨特的要求，是按關(guān) 節(jié)形式運動為主，同時機器人的靈活性要求很高，其剛 度、精度要求相對較低。

2工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

2．1工業(yè)機器人構(gòu)造

從功能角度分析可將機器人分解成四個部分：操作 機、末端執(zhí)行器、傳感系統(tǒng)、控制器。 操作機：是由機座、手臂和手腕、傳動機構(gòu)、驅(qū)動 系統(tǒng)等組成．其功能是使手腕具有某種工作空間，并調(diào) 整手腕使末端執(zhí)行器實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)要求的動作。 末端執(zhí)行器：也叫工業(yè)機器人的手部，它是安裝在 工業(yè)機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。 感器系統(tǒng)：是指要機器人與人一樣有效的完成工 作。必須對外界狀況進行判斷的感覺功能。與機器人控 制最緊密相關(guān)的是觸覺。視覺適合于檢測對象是否存 在，檢測其大概的位置、姿勢等狀態(tài)。相比之下，觸覺 協(xié)助視覺．能夠檢測出對象更細微的狀態(tài)。 控制器：機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定 機器人功能和性能的主要因素。主要是控制工業(yè)機器人 在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動 作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人 機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。在機器 人中采用的控制系統(tǒng)有：點位的和輪廓的；同步的和異 步的；數(shù)字的和模擬的?？筛鶕?jù)機器人的技術(shù)與經(jīng)濟要 求及工藝任務(wù)的特點來選擇控制系統(tǒng)的具體方案。

2．2主要結(jié)構(gòu)尺寸

根據(jù)A II—V6L型工業(yè)機器人的主要參數(shù)進行設(shè)計。 主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖I所示。機器人的工作范圍見圖2。

3．1手腕結(jié)構(gòu)的確定

手腕是聯(lián)接手臂和末端執(zhí)行器的部件，其功能是在 手臂和機座實現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個位置坐 標(自由度)的基礎(chǔ)上，再由手腕來實現(xiàn)末端執(zhí)行器在 作業(yè)空間的三個姿態(tài)(方位)坐標，即實現(xiàn)三個旋轉(zhuǎn)自 由度。通過機械接口，聯(lián)接并支承末端執(zhí)行器。根據(jù)機 器人的作業(yè)要求來決定其應(yīng)具有的自由度數(shù)目。

3．2基本參數(shù)的確定

確定了空間結(jié)構(gòu)和手腕結(jié)構(gòu)后，可確定手腕回轉(zhuǎn)、 手腕擺動及手腕旋轉(zhuǎn)三個姿態(tài)的自由度。其參數(shù)見表l (參數(shù)來于SSA2000工業(yè)機器人)。

選擇型號為SGMAH-0IA，額定功率為IOOW，額定轉(zhuǎn) 矩為0．318N·m。額定轉(zhuǎn)速為3000rlmin，重量為0．7kg的 交流伺服電動機。 (2)B軸和T軸電機的選擇。根據(jù)設(shè)計要求取相同型 號的電機．選擇型號為SGMAH-01A交流伺服電動機。

3．4傳動比的確定

3．5諧波減速器的選擇

諧波齒輪減速器是一種新型的機械傳動變速機構(gòu)。 與普通齒輪傳動相比，具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單． 它與傳動比相當?shù)钠胀p速器比較，其零件減少50％。 體積和重量均減少l，3左右或更多。傳動比范圍大(單級 傳動比為40～350，多級傳動比可達1600～100000)，傳 動效率高(單級傳動效率饑≥85％)，傳動精度高．承載能 力強等特點。 根據(jù)所選擇的電機．選擇型號為SGMAH—OIA。額 定功率為loo W，額定轉(zhuǎn)矩為0．318 N·m，額定轉(zhuǎn)速為 3000 drain的交流伺服電動機。同時選擇XBl諧波減速 機，機型為25，減速比為40，輸出力矩為1．0N·m，輸 入轉(zhuǎn)速為3000 r／min。為了訂貨和維修方便，三軸均采 用同一種減速器。

3．6殼體的設(shè)計

機座部分采用鑄鋁材料，方形結(jié)構(gòu)，臂厚5～12mm。 機身部分采用鑄鋁材料，圓筒形結(jié)構(gòu)，臂厚-8mm。大 臂外殼采用鑄鋁材料．厚度均為6-Smm。小臂箱體和小 臂外殼采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，側(cè)面為鑄件其它三 面為鑄鋁板材。手腕外殼和手腕箱體采用鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)為方形，兩側(cè)面、背面、底面為鑄件，端面和正面為 鑄鋁板材。臂厚5-8ram。其它部分具體尺寸由結(jié)構(gòu)決 定．見圖3。

4機器人軸承設(shè)計

球軸承是機器人和機械手機構(gòu)中最常用的軸承。它 能承受徑向和軸向載荷。摩擦較小。其機器人專用軸承 四點接觸式設(shè)計以及高精度加工。這種軸承比同等軸徑 的常規(guī)中系列四點接觸軸承輕25倍。它的內(nèi)圈(或外 圈)由兩個半圈精確拼配而成，而其整體外圍(或內(nèi)圈) 的溝曲率半徑較小，使鋼球與內(nèi)、外圈在四個“點”上 接觸。既加大了徑向負荷能力．又能以緊湊的尺寸承受 很的兩個方向的軸向負荷，并且有很好的兩個方向的軸 向限位能力，因為它的軸向游隙相對較小。而其接觸角 (一般取為35。)又較大。 工業(yè)機器人專用薄壁四點接觸球軸承通常有帶密封 圈和不帶密封圈的結(jié)構(gòu)形式(見圖4)。其主要由內(nèi)圈、外 圍、保持架、鋼球或非接觸式密封圈組成。內(nèi)、外圈均 為整體結(jié)構(gòu)。鋼球與內(nèi)、外因溝道呈四點接觸．保持架

5結(jié)束語

各種工業(yè)機器人可以以單機形式使用，也可以作為 生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種構(gòu)成部分使用。隨著社會需求發(fā)展的 變化，工業(yè)生產(chǎn)多品種小批量方向發(fā)展，對制造系統(tǒng)的 柔性要求越來越高。工業(yè)機器人靈活性好。因此在柔性 制造系統(tǒng)內(nèi)各種應(yīng)用越來越多。