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第四節(jié)　工業(yè)機器人

國家標準GB/T12643-90將工業(yè)機器人定義為：

工業(yè)機器人是一種能自動定位控制，可重復編程的，多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。工業(yè)機器人不同于機械手。工業(yè)機器人具有獨立的控制系統(tǒng)，可以通過編程實現(xiàn)動作程序的變化;而機械手只能完成簡單的搬運、抓取及上下料工作，它一般作為自動機或自動線上的附屬裝置，工作程序固定不變。

一、工業(yè)機器人的組成和分類

(一)工業(yè)機器人的組成

工業(yè)機器人一般由操作機、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。

1.操作機。操作機也稱執(zhí)行機構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機座組成。

末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機直接執(zhí)行操作的裝置。其上可安裝夾持器、工具、傳感器等。夾持器分為機械夾緊、磁力夾緊、液壓張緊和真空抽吸四種。

2.驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置為操作機工作提供動力。按所采用的動力源分為電動、液動和氣動三種類型。

3.控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其功能是控制工業(yè)機器人按照要求動作。

計算機控制一般設(shè)計成二或三級。二級控制系統(tǒng)：第一級監(jiān)控、作業(yè)管理、自診斷。第二級控制各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)。

三級控制系統(tǒng)：分為決策級;策略級;執(zhí)行級。

機器人傳感器分為內(nèi)部和外部：內(nèi)部傳感器測量自身運動速度、姿態(tài)、加速。外部傳感器測量外部環(huán)境作業(yè)對象和工況。

(二)工業(yè)機器人的分類

1.按坐標形式分。

(1)直角坐標式(PPP)。機器人末端執(zhí)行器(手部)空間位置的改變是通過三個互相重直的坐標x、y、z軸的移動來實現(xiàn)的。

(2)圓柱坐標式(RPP)。機器人末端執(zhí)行器空間位置的改變是由兩個移動坐標和一個旋轉(zhuǎn)坐標實現(xiàn)的。

(3)球坐標式(RRP)。又稱極坐標式，機器人手臂的運動由一個直線運動和二個轉(zhuǎn)動組成，即沿x軸的伸縮，繞y軸的俯仰和繞z軸的回轉(zhuǎn)。

(4)關(guān)節(jié)坐標式(RRR)。又稱回轉(zhuǎn)坐標式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標和平面(水平)關(guān)節(jié)坐標。

2.按驅(qū)動方式分為電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。

(1)電力驅(qū)動。使用最多，驅(qū)動元件可以是步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。目前交流伺服電動機是主流。

(2)液壓驅(qū)動。有很大的抓取能力(可抓取高達上千牛力)，液壓力可達7Mpa，液壓傳動平穩(wěn)，防爆性好，動作也較靈敏，但對密封性要求高，對溫度敏感。

(3)氣壓驅(qū)動。結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、價格低，但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，氣壓一般為0.7MPa，抓取力小(幾十牛力至一百牛力)。

3.按控制方式分。

(1)點位控制。適用于上下料、點焊、卸運等作業(yè)。

(2)連續(xù)軌跡控制。采用這種控制方式的機器人，常用于焊接、噴漆和檢測等作業(yè)。

二、工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求

(一)特性參數(shù)

1.坐標型式：直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關(guān)節(jié)坐標等

2.運動自由度數(shù)：一般少于 6 個

3.各自由度的動作范圍

4.自由度的動作速度

5.額定負載

6.精度

表5—3工業(yè)機器人的主要特性參數(shù)

項目名稱說明

坐標形式常用的坐標形式有直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關(guān)節(jié)坐標等

運動自由度數(shù)自由度數(shù)表示機器人動作的靈活程度;機器人的自由度一般少于6個，也有多于6個的

各自由度的動作范圍自由度的動作范圍是指各關(guān)節(jié)的活動范圍;各關(guān)節(jié)的基本動作范

圍決定了機器人操作機工作空間的形狀和大小

各自由度的動作速度各自由度的動作速度是指各關(guān)節(jié)的極限速度

額定負載額定負載是指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機械接口處所能承受的最大負載允許值

精度精度主要包括位姿精度、位姿重復性、軌跡精度、軌跡重復性等，

(二)技術(shù)要求

1.外觀和結(jié)構(gòu)。工業(yè)機器人要求布局合理、操作方便、造型美觀、便于維修;無漏油、漏氣現(xiàn)象;潤滑冷卻情況良好;機構(gòu)動動應靈活、平穩(wěn)、可靠。

2.電氣設(shè)備。動力線與信號線盡可能分開遠離，信號線應采用屏蔽、雙絞等抗干擾技術(shù);在運動中突然停電后，恢復供電時不得自行接通; 非接地處的絕緣電阻不得小于5MΩ;電子元器件一般應進行老化處理;控制柜應具有良好的通風、散熱措施;電源電壓波動允許±10%,頻率允許50±1HZ。

3.可靠性。采用平均無故障工作時間(MTBF)及可維修時間(MTTR)作為衡量可靠性的指標。

4.安全性。安全性要求應滿足《工業(yè)機器人安全規(guī)范》(GB11291-89)的規(guī)定。

三、工業(yè)機器人的編程方式

對于重復操作型機器人，所面對的作業(yè)任務比較簡單，一般采用示教編程方式編程。

對于動作復雜，操作精度要求高的工業(yè)機器人(如裝機器人)，采用工業(yè)機器人語言編程方式編程。

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（責任編輯：中大編輯）

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