工業機器人的7個基礎知識你了解嗎？

發布時間:

2023-05-22

想學習機器人技術？那么我們先來一起搞清楚這7個基礎的工業機器人定義吧！

目前，工業機器人的使用越來越多，技術也越看越先進。隨著行業的不斷發展，對人才的需求量越來越大。現在入行智能制造，一般都可以獲得不錯的薪資和上升空間。

想學習機器人技術？那么我們先來一起搞清楚這7個基礎的工業機器人定義吧！

機器人的定義和特點

定義：機器人是指具有較多自由度，在三維空間中能夠實現多種擬人動作和功能的機械裝置。而工業機器人則是應用于工業生產領域的機器人。

特點：

可編程性：工業機器人具備可編程性，可以通過編寫和修改程序來實現不同的任務和動作。這種靈活性使得機器人能夠適應不同的生產需求和工藝流程。

擬人化：工業機器人的設計和運動模式通常模仿人類的動作，例如臂部和手部的運動方式。這種擬人化的特點使得機器人在與人類工作環境交互時更加協調和高效。

通用性：工業機器人具備一定的通用性，能夠適應不同的生產場景和任務需求。通過更換末端執行器、調整程序和參數等方式，機器人可以實現不同的操作和功能，提高生產的靈活性和多樣性。

機電一體化：工業機器人的機械結構和電子控制系統緊密集成在一起，實現了機電一體化。這種一體化設計使得機器人的運動控制更加精準和穩定，提高了工作效率和可靠性。

主要數據參數

自由度、重復定位精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力。

機器人子系統及其作用

驅動系統：驅動系統是機器人運動的傳動裝置，它通過提供動力和轉動力矩來使機器人實現各種運動和操作。

機械結構系統：機械結構系統由機身、手臂和末端操作器等組件組成，構成一個具有多自由度的機械系統。這些組件的協調運動使機器人能夠執行各種復雜的任務和動作。

感知系統：感知系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用于獲取機器人內部和外部環境狀態的信息。這些傳感器能夠提供位置、力量、視覺、觸覺等方面的數據，使機器人能夠感知和理解周圍環境。

機器人-環境交互系統：這個系統實現了工業機器人與外部環境中的設備相互聯系和協調。通過與周圍設備的通信和數據交換，機器人可以與生產線上的其他機器、傳送帶、傳感器等設備進行協同工作，提高生產效率和自動化水平。

人-機交互系統：人-機交互系統是操作人員參與機器人控制與機器人進行聯系的裝置。通過人機界面，操作人員可以向機器人發送指令、監控機器人狀態并與其進行交互，實現人機協作和共同工作的目標。

控制系統：控制系統根據機器人的作業指令程序以及從傳感器反饋回來的信號，控制機器人的執行機構完成規定的運動和功能。控制系統是機器人的大腦，負責協調各個部件的運作，確保機器人按照預定任務順利執行。

機器人自由度

自由度是指機器人在空間中獨立運動的坐標軸數量，通常不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間中描述一個物體的位置和姿態需要六個自由度。其中，位置操作需要三個自由度（腰、肩、肘），姿態操作需要三個自由度（俯仰、偏航、側滾）。然而，工業機器人的自由度是根據其特定的應用需求進行設計的，可能小于六個自由度，也可能大于六個自由度。

工業機器人的自由度通常是根據其需要執行的任務和操作范圍而確定的。例如，某些任務可能只需要機器人在特定平面內進行移動和操作，因此可能只需要三個自由度。而在其他應用中，機器人可能需要更多的自由度，以便在三維空間內完成更復雜的動作和操作。

此外，機器人的自由度數量也受到設計和成本的考慮。增加自由度可能會增加機器人的復雜性和成本。因此，在設計工業機器人時，需要權衡任務需求、成本效益和性能要求，確定最適合的自由度數量。

機身和臂部

機身是支承臂部的組件，通常用于實現升降、回轉和俯仰等運動。在機身的設計中需要考慮以下要點：

剛度和穩定性：機身需要具備足夠的剛度和穩定性，以確保機器人在運動過程中不發生過大的變形或震動。

運動靈活性：機身的運動應具備靈活性，特別是升降運動的導套長度不宜過短，以避免卡死現象的發生。通常需要配備導向裝置來確保平穩的運動。

結構布置合理性：機身在承受腕部、手部和工件的靜態和動態載荷時，尤其在高速運動時，會產生較大的慣性力，可能引起沖擊，從而影響定位的準確性。因此，機身的結構布置需要合理考慮，以滿足靜動載荷的要求。

在臂部的設計中，需要注意以下要點：

高剛度要求：臂部需要具備較高的剛度，以保證在運動過程中不產生過大的變形，確保精準的定位。

導向性良好：臂部的導向性能關系到機器人運動的平穩性和精度，因此需要設計良好的導向系統。

重量輕：臂部的重量應盡量輕，以減少對機器人整體重量和運動靈活性的影響。

運動平穩性和定位精度：臂部的運動應平穩，同時需要具備高精度的定位能力，以確保機器人的操作準確性。

在其他傳動系統的設計中，應盡量簡短，以提高傳動精度和效率。各部件的布置應合理，方便操作和維護。在特殊環境下，需要考慮特殊因素的影響，例如在高溫環境中需考慮熱輻射問題，在腐蝕性環境中需考慮防腐蝕措施，在危險環境中需考慮防爆問題。

手部

機器人手部的作用是用于握持工件或工具的部件，也被稱為末端操作器。以下是關于機器人手部的特點：

獨立部件：手部是機器人的一個獨立組件，它可以根據具體的應用需求進行選擇和更換。

多樣性：機器人手部并不一定與人類手部的結構相同。它可以具有手指，也可以沒有手指；可以有手爪，也可以是專用工具。手部的設計取決于機器人需要處理的工件類型和操作要求。

可拆卸連接：手部與機器人手腕相連的部分通常是可拆卸的，這樣可以方便地更換手部或適配不同類型的末端操作器。

通用性較差：相對于其他機器人部件，手部的通用性較差。由于不同應用需要不同的手部設計，手部往往是根據具體的工作任務和工件特性進行定制的。

伺服電機和步進電機性能區別

控制精度不同：伺服電機通過旋轉編碼器提供反饋信息，實現更高的控制精度，而步進電機的控制精度相對較低。

低頻特性不同：伺服電機在低速運行時表現穩定，幾乎沒有振動現象，而步進電機在低速時可能會出現振動。

過載能力不同：步進電機的過載能力有限，當負載超過其額定能力時容易失步，而伺服電機具有較強的過載能力，能夠應對大部分負載情況。

運行性能不同：步進電機采用開環控制，不具備位置反饋機制，而交流伺服電機采用閉環控制，能夠實現更精確的位置和速度控制。

速度響應性能不同：交流伺服電機具有較好的加速性能，能夠快速響應變化的速度指令，而步進電機的加速性能相對較低。

總的來說，伺服電機相對于步進電機具有更高的控制精度、穩定性和過載能力，適用于對運動精度要求較高、負載較大的應用場景。步進電機則適用于對成本要求較低、控制要求相對簡單的應用場景。選擇合適的電機類型應根據具體的應用需求和性能要求來決定。

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