工業(yè)機(jī)器人的分類

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。

工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。對于這些大家熟知的工業(yè)機(jī)器人，下面介紹一下工業(yè)機(jī)器人的四大類。

一.多軸機(jī)器人

多軸機(jī)器人又稱單軸機(jī)械手，工業(yè)機(jī)械臂，電缸等，是以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動軌跡。 多軸機(jī)器人采用運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運(yùn)動軌跡的生成為多點(diǎn)插補(bǔ)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標(biāo)定位方式。

二.SCARA機(jī)器人

SCARA機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人。SCARA機(jī)器人有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運(yùn)動。手腕參考點(diǎn)的位置是由兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移φ1和φ2，及移動關(guān)節(jié)的位移z決定的，即p=f(φ1,φ2,z)，如圖所示。這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，例如Adept 1型SCARA機(jī)器人運(yùn)動速度可達(dá)10m/s，比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。

三.坐標(biāo)機(jī)器人

坐標(biāo)機(jī)器人是能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多自由度的、運(yùn)動自由度建成空間直角關(guān)系的、多用途的操作機(jī)。其工作的行為方式主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運(yùn)動。坐標(biāo)機(jī)器人采用運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運(yùn)動軌跡的生成為多點(diǎn)插補(bǔ)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標(biāo)定位方式。

作為一種成本低廉、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的自動化機(jī)器人系統(tǒng)解決方案，坐標(biāo)機(jī)器可以被應(yīng)用于點(diǎn)膠、滴塑、噴涂、碼垛、分揀、包裝、焊接、金屬加工、搬運(yùn)、上下料、裝配、印刷等常見的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在替代人工，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具備顯著的應(yīng)用價(jià)值。

四.串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)器人

串聯(lián)機(jī)器人其串聯(lián)式結(jié)構(gòu)是一個(gè)開放的運(yùn)動鏈，其所有運(yùn)動桿并沒有形成一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)鏈。串聯(lián)機(jī)器人的工作空間大，運(yùn)動分析比較容易可以避免驅(qū)動軸之間的耦合效應(yīng)。但其機(jī)構(gòu)各軸必須要獨(dú)立控制，并且需要搭配編碼器和傳感器來提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動時(shí)的精準(zhǔn)度。

而并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，它是一個(gè)封閉的運(yùn)動鏈。并聯(lián)機(jī)器人不易產(chǎn)生動態(tài)誤差，無誤差積累精度較高。另外其結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輸出軸大部分承受軸向力，機(jī)器剛性高，承載能力大。但是，并聯(lián)機(jī)器人在位置求解上正解比較困難，而反解容易。

自由度并聯(lián)機(jī)器人

自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)種類較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR機(jī)構(gòu)，它們具有2個(gè)移動和一個(gè)轉(zhuǎn)動；球面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-UPS-1-S球面機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)正反解都很簡單，是一種應(yīng)用很廣泛的3維移動空間機(jī)構(gòu)；空間3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如Delta并聯(lián)機(jī)器人，這類機(jī)構(gòu)屬于欠秩機(jī)構(gòu)，在工作空間內(nèi)不同的點(diǎn)其運(yùn)動形式不同是其顯著的特點(diǎn)。還有一類是增加輔助桿件和運(yùn)動副的空間機(jī)構(gòu)。

自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒有或沒有完全得到解決，比如其運(yùn)動學(xué)正解、動力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。安川機(jī)器人智能制造生活。