機器人是一個在三維空間具有較多自由度的,并能實現諸多擬人動作和功能的機器:而工業機器人則是在工業生產上應用的機器人。根據ISO8373定義:工業機器人是指在工業自動化中使用的,固定式或移動式,具有三軸及以上可重復編程、多用途的自動控制操作機。
按照機械結構,工業機器人可分為直角坐標型、圓柱坐標型、球面坐標型、垂直多關節型、SCARA型(平面多關節機器人)及Delta型(并聯關節機器人)
圖1:直角坐標式機器人和并聯機器人
圖2:多關節型機器人和SCARA機器人
三大子系統構成工業機器人整體:
控制系統:類似于人體大腦,負責輸入信息的處理及向驅動系統傳輸運動信息
動力系統:接收控制系統指令,驅動機器人機身、手臂及等機械結構完成指定運動
機械結構系統:相當于人體的骨架,包囊各子系統,整體承載并實際完成作業
控制系統是工業機器人的大腦
控制系統:類似于人體大腦,負責輸入信息的處理及向驅動系統傳輸運動信息
嵌入式運動控制系統是主流:基于核的微控制器移動性能好、功耗低、可靠性高、實時性強
嵌入式控制系統架構一般基于ARM處理器、DSP處理器及FPGA(單一或組合形式)
圖:基于上述架構的機器人控制系統
動力系統是工業機器人的心臟脈絡
動力系統:主要由驅動系統(心臟,亦稱伺服系統)及傳動系統(肌肉、筋絡)組成
完整的伺服系統囊括伺服驅動器、伺服電機和編碼器三個重要部件
傳動系統核心零部件:減速電機、滾珠絲桿、齒形帶、減速器
工業機器人動力系統劃分:
伺服系統 | 傳動系統 | |
功能 | 把輸出量以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的自動控制系統 | 長距離傳遞動力源、將伺服電機輸出角位移轉變成機械結構線位移 |
核心零部件 | 伺服驅動器、伺服電機、編碼器 | 減速電機、滾珠絲桿、齒形帶、減速器 |
核心零部件介紹 | 驅動器是驅動伺服電機運轉的信號傳遞單元 | 線位移機械(直角坐標機器人),通常配套減速電機 |
編碼器,是反饋元件,相當于標尺 | 對于角位移機械(關節型機器人),精密減速器是其減速增矩的核心零部件。 |
機械結構系統是工業機器人骨架
機械結構系統:機器人的機械結構類似人體,通常可劃分為腰部、臂部及腕部結構。
機械結構系統的主要結構及零部件:
腰部結構 | 臂部結構 | 腕部結構 | |
簡介 | 腰部結構包括機座和腰關節 | 連結腰部和腕部結構,實現空間操作機在空間的運動 | 連接操作機手臂與末端執行器,并決定末端執行器在空間的姿態 |
特征 | 腰關節是負載最大的運動軸,對末端執行 器運動精度影響最大,設計精度要求高。 | 臂部結構一般選用高強度輕質材料,滿足運動剛度需求、減輕質量盡量靈活 | 腕部具有2-3個自由度,各運動軸采用分離傳動,整體結構緊湊 |
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