一文读懂开元游戏大厅app机械人结构、驱动及手艺指标
2017年08月02日
一、常用运动学构形
1、笛卡尔操作臂
优点：很容易通过盘算机控制实现，容易抵达高精度。弱点：故障事情, 且占地面积大, 运动速率低, 密封性欠好。
①焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目的追随、排爆等一系列事情。
②特殊适用于多品种，便批量的柔性化作业，关于稳固，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代有着十分主要的作用。
2、铰链型操作臂（枢纽型）
枢纽机械人的枢纽全都是旋转的， 类似于人的手臂,开元游戏大厅app机械人中最常见的结构。它的事情规模较为重大。
①汽车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。
②车身装配、通用机械装配等制造质量控制等的三坐标丈量及误差检测。
③骨董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。
④汽车整车现场丈量和检测。
⑤人体形状丈量、骨骼等医疗器材制作、人体形状制作、医学整容等。
3、SCARA操作臂
SCARA机械人常用于装配作业, 最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 以是, 它具有选择性的柔性。这种机械人在装配作业中获得了较好的应用。
①大宗用于装配印刷电路板和电子零部件
②挪动和取放物件，如集成电路板等
③普遍应用于塑料开元游戏大厅app、汽车开元游戏大厅app、电子产品开元游戏大厅app、药品开元游戏大厅app和食物开元游戏大厅app等领域.
④搬取零件和装配事情。
4、球面坐标型操作臂
特点：中心支架周围的事情规模大,两个转动驱动装置容易密封,笼罩事情空间较大。但该坐标重大, 难于控制,且直线驱动装置保存密封的问题。
5、圆柱面坐标型操作臂
优点：且盘算简朴;直线部分可接纳液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机械内部。弱点：它的手臂可以抵达的空间受到限制, 不可抵达近立柱或近地面的空间;直线驱动部分难以密封、防尘; 后臂事情时, 手臂后端会遇到事情规模内的其它物体。
6、冗余机构
通�？占涠ㄎ恍枰�6个自由度，使用附加的枢纽可以资助机构避开奇异位形。下图为7自由度操作臂位形
7、闭环结构
闭环结构可以提高机构刚度，但会减小枢纽运动规模，事情空间有一定减小。
①运动模拟器；
②并联机床；
③微操作机械人；
④力传感器；
⑤生物医学工程中的细胞操作机械人、可实现细胞的注射和支解；
⑥微外科手术机械人；
⑦大型射电天文望远镜的姿态调解装置；
⑧混联装备等，如SMT公司的Tricept混联机械手�？槭腔诓⒘沟ノ坏哪？榛杓频睦致胺�。
二、机械人的主要手艺参数
机械人的手艺参数反应了机械人可胜任的事情、具有的最高操作性能等情形，是设计、应用机械人必需思量的问题�；等说闹饕忠詹问凶杂啥取⑶致省⑹虑榭占洹⑹虑樗俾省⑹虑樵睾傻�。
1、自由度
机械人具有的自力坐标轴运动的数目。 机械人的自由度是指确定机械人手部在空间的位置和姿态时所需要的自力运动参数的数目。手指的开、合，以及手指枢纽的自由度一样平常不包括在内。.机械人的自由度数一样平常即是枢纽数目。 机械人常用的自由度数一样平常不凌驾5～6个。
2、枢纽（Joint）
即运动副，允许机械人手臂各零件之间爆发相对运动的机构。
3、事情空间
机械人手臂或手部装置点所能抵达的所有空间区域。其形状取决于机械人的自由度数和各运动枢纽的类型与设置�；等说氖虑榭占渫ǔＳ猛冀夥ㄏ⒄龇街忠炀傩刑逑�。
4、事情速率
机械人在事情载荷条件下、匀速运动历程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。
5、事情载荷
指机械人在事情规模内任何位置上所能遭受的最大负载，一样平常用质量、力矩、惯性矩体现�；购驮诵兴俾屎图铀俾示尴钙蛴泄�，一样平常划定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。
6、区分率
能够实现的最小移动距离或最小转动角度。
7、精度
重复性或重复定位精度：指机械人重复抵达某一目的位置的差别水平�；蛟谙嗤奈恢弥噶钕�，机械人连 续重复若干次其位置的疏散情形。它是权衡一列误差值的麋集水平，即重复度。
三、机械人常用质料
1）碳素结构钢和合金结构钢 这类质料强度好，特殊是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量E大，抗变形能力强，是应用最普遍的质料。
2）铝、铝合金及其他轻合金质料 这类质料的配合特点是重量轻，弹性模量E并不大，可是质料密度小，故E/ρ之比仍可与钢材相比。有些稀贵铝合金的品质获得了更显着的改善，例如添加3.2％(重量百分比)锂的铝合金，弹性模量增添了14％，E/ρ比增添了16％。
3）纤维增强合金 这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其E/ρ比划分抵达11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属质料具有很是高的E/ρ比，但价钱腾贵。
4）陶瓷 陶瓷质料具有优异的品质，可是脆性大，不易加工，日本已经试制了在小型高精度机械人上使用的陶瓷机械人臂样品。
5）纤维增强复合质料 这类质料具有极好的E/ρ比，并且还具有十分突出的大阻尼的优点。古板金属质料不可能具有这么大的阻尼，以是在高速机械人上应用复合质料的实例越来越多。
6）粘弹性大阻尼质料 增大机械人连杆件的阻尼是改善机械人动态特征的有用要领。现在有许多要领用来增添结构件质料的阻尼，其中最适合机械人接纳的一种要领是用粘弹性大阻尼质料对原构件举行约束层阻尼处置惩罚。
四、机械人主要结构
㈠、机械人驱动装置
看法：要使机械人运行起来, 需给各个枢纽即每个运动自由度安顿传动装置 作用：提供机械人各部位、各枢纽行动的原动力。
驱动系统：可以是液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们团结起来应用的综合系统; 可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传念头构举行间接驱动。
1、电动驱动装置
电动驱动装置的能源简朴，速率转变规模大，效率高，速率和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动较量难题。
电动驱动装置又可分为直流(DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。无刷直流电机也获得了越来越普遍的应用。 步进电机驱动多为开环控制，控制简朴但功率不大，多用于低精度小功率机械人系统。
电动上电运行前要作如下检查：
1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动�？榈乃鸹担�； 关于直流输入的+/-极性一定不可接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（最先时不要太大）；
2）控制信号线接牢靠，开元游戏大厅app现场最好要思量屏障问题（如接纳双绞线）；
3）不要最先时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行优异后，再逐步毗连。
4）一定要搞清晰接地要领，照旧接纳浮空不接。
5）最先运行的半小时内要亲近视察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情形，发明问题连忙�；鹘�。
2、液压驱动
通过高精度的缸体和活塞来完成，通过缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。
优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
弱点：需要增设液压源，易爆发液体走漏，不适合高、低温场合，故液压驱动现在多用于特大功率的机械人系统。
选择适合的液压油。 避免固体杂质混入液压系统，避免空气和水入侵液压系统 �；底饕狄崆寰菜郴底饕涤ψ柚勾直�，不然一定爆发攻击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。
要注重气蚀和溢流噪声。作业中要时刻注重液压泵和溢流阀的声音，若是液压泵泛起“气蚀”噪声，经排气后不可消除，应查明缘故原由扫除故障后才华使用。 坚持相宜的油温。液压系统的事情温度一样平常控制在30～80℃之间为宜。
3、气压驱动
气压驱动的结构简朴，清洁，行动迅速，具有缓冲作用。 .但与液压驱动装置相比，功率较小，刚度差，噪音大，速率不易控制，以是多用于精度不高的点位控制机械人。
（1）具有速率快、系统结构简朴，维修利便、价钱低等特点。适于在中、小负荷的机械人中接纳。但因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械人中，如在上、下料和冲压机械人中应用较多。
（2）在大都情形下是用于实现两位式的或有限点位控制的中、小机械人中的。
（3）控制装置现在大都选用可编程控制器(PLC控制器)。在易燃、易爆场合下可接纳气动逻辑元件组成控制装置。
㈡、直线传念头构。
传动装置是毗连动力源和运动连杆的要害部分，凭证枢纽形式，常用的传念头构形式有直线传动和旋转传念头构。
直线传动方法可用于直角坐标机械人的X、Y、Z向驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和笔直升降驱动，以及球坐标结构的径向伸缩驱动。
直线运动可以通过齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将旋转运动转换成直线运动，也可以有直线驱动电机驱动，也可以直接由气缸或液压缸的活塞爆发。
1、齿轮齿条装置
通常齿条是牢靠的。齿轮的旋转运动转换成托板的直线运动。
· 优点：结构简朴。
· 弱点：回差较大。
2、滚珠丝杠
在丝杠和螺母的螺旋槽内嵌入滚珠，并通过螺母中的导向槽使滚珠能一连循环。
· 优点：摩擦力小，传动效率高，无爬行，精度高
· 弱点：制造本钱高，结构重大。
自锁问题：理论上滚珠丝杠副也可以自锁,可是现实应用上没有使用这个自锁的,缘故原由主要是：可靠性很差，或加工本钱很高；由于直径与导程比很是大，一样平常都是再加一套蜗轮蜗杆之类的自锁装置。
㈢、旋转传念头构
接纳旋转传念头构的目的是将电机的驱动源输出的较高转速转换成较低转速，并获得较大的力矩�；等酥杏τ媒隙嗟男钔饭褂谐萋至础⑼狡ご鞑ǔ萋�。
1、齿轮链
（1）转速关系
（2）力矩关系
2、同步皮带
同步带是具有许多型齿的皮带，它与同样具有型齿的同步皮带轮相啮合。事情时相当于柔软的齿轮。
· 优点：无滑动，柔性好，价钱自制，重复定位精度高。
· 弱点：具有一定的弹性变形。
3、谐波齿轮
谐波齿轮由刚性齿轮、谐波爆发器和柔性齿轮三个主要零件组成，一样平常刚性齿轮牢靠，谐波爆发器驱动柔性齿轮旋转。主要特点：
(1)、传动比大，单级为50—300。
(2)、传动平稳，承载能力高。
(3)、传动效率高,可达70%—90%。
(4)、传动精度高,比通俗齿轮传动高3—4倍。
(5)、回差小，可小于3’。
(6)、不可获得中心输出，柔轮刚度较低。
谐波传动装置在机械人手艺较量先进的国家已获得了普遍的应用。仅就日原来说，机械人驱动装置的60％都接纳了谐波传动。
美国送到月球上的机械人，其各个枢纽部位都接纳谐波传动装置，其中一只上臂就用了30个谐波传念头构。
前苏联送入月球的移动式机械人“登月者”，其成对装置的8个轮子均是用密闭谐波传念头构单独驱动的。 .德国公共汽车公司研制的ROHREN、GEROT R30型机械人和法国雷诺公司研制VERTICAL 80型机械人等都接纳了谐波传念头构。
㈣、机械人传感系统
1、感受系统由内部传感器�？楹屯獠看衅髂？樽槌�, 用以获取内部和外部情形状态中有意义的信息。
2、智能传感器的使用提高了机械人的无邪性、顺应性和智能化的水准。
3、智能传感器的使用提高了机械人的无邪性、顺应性和智能化的水准。
4、关于一些特殊的信息, 传感器比人类的感受系统更有用。
㈤、机械人位置检测
旋转光学编码器是最常用的位置反响装置。光电探测器把光脉冲转化成二进制波形。轴的转角通过盘算脉冲数获得，转动偏向由两个方波信号的相对相位决议。
感应同步器输出两个模拟信号——轴转角的正弦信号和余弦信号。轴的转角由这两个信号的相对幅值盘算获得。感应同步器一样平常比编码器可靠，但它的区分率较低。
电位计是最直接的位置检测形式。它毗连在电桥中，能够爆发与轴转角成正比的电压信号。可是，由于区分率低、线性欠好以及对噪声敏感。
转速计能够输出与轴的转速成正比的模拟信号。若是没有这样的速率传感器，可以通过对检测到的位置相关于时间的差分获得速率反响信号。
㈥、机械人力检测
力传感器通常装置在操作臂下述三个位置：
1、装置在枢纽驱动器上�？烧闪壳�/减速器自身的力矩或者力的输出。但不可很好地检测最后执行器与情形之间的接触力。
2、装置在最后执行器与操作臂的终端枢纽之间，可称腕力传感器。通常，可以丈量施加于最后执行器上的三个到六个力/力矩分量。
3、装置在最后执行器的“指尖”上。通常，这些带有力以为手指内置了应变计，可以丈量作用在指尖上的一个到四个分力。
㈦、机械人－情形交互系统
1、机械人-情形交互系统是实现开元游戏大厅app机械人与外部情形中的装备相互联系和协调的系统。
2、开元游戏大厅app机械人与外部装备集成为一个功效单位，如加工制造单位、焊接单位、装配单位等。也可以是多台机械人、多台机床或装备、多个零件存储装置等集成 。
3、也可以是多台机械人、多台机床或装备、多个零件存储装置等集成为一个去执行重大使命的功效单位。
㈧、人机交互系统
人机交互系统是使操作职员加入机械人控制并与机械人举行联系的装置。 该系统归纳起来分为两大类: 指令给定装置和信息显示装置。
五、机械人的控制系统
1、机械人的控制系统
“控制”的目的是使被控工具爆发控制者所期望的行为方法。 .“控制”的基本条件是相识被控工具的特征。 “实质”是对驱动器输着力矩的控制。
机械人的基本事情原理是示教再现；示教也称扶引，即由用户扶引机械人，一步步按现实使命操作一遍，机械人在扶引历程中自动影象示教的每个行动的位置、姿态、运动参数/工艺参数等，并自动天生一个一连执行所有操作的程序。完成示教后，只需给机械人一个启动下令，机械人将准确地按示教行动，一步步完玉成部操作；
3、机械人控制的分类 ：
1）凭证有无反响分为：开环控制、闭环控制；
开环准确控制的条件：准确地知道被控工具的模子，并且这一模子在控制历程中坚持稳固。
2）凭证期望控制量分为：位置控制，力控制，混淆控制 ；
位置控制分为：单枢纽位置控制（位置反响，位置速率反响，位置速率加速率反�。⒍嗍嗯ξ恢每刂啤⒍嗍嗯ξ恢每刂品治饰鲈硕亍⒓锌刂�；力控制分为：直接力控制、阻抗控制、力位混淆控制 ；
3）智能化的控制方法 ：模糊控制、自顺应控制、最优控制、神经网络控制、模糊神经网络控制 、专家控制以及其他；
4、控制系统硬件设置及结构：
由于机械人的控制历程中涉及大宗的坐标变换和插补运算以及较低层的实时控制，以是，现在的机械人控制系统在结构上大大都接纳分层结构的微型盘算机控制系统，通常接纳的是两级盘算机伺服控制系统。
1）详细流程：
主控盘算机接到事情职员输入的作业指令后，首先剖析诠释指令，确定手的运动参数。
然后举行运动学、动力学和插补运算，最后得出机械人各个枢纽的协调运动参数。这些参数经由通讯线路输出到伺服控制级，作为各个枢纽伺服控制系统的给定信号。枢纽驱动器将此信号D/A转换后驱动各个枢纽爆发协调运动。 传感器将各个枢纽的运动输出信号反响回伺服控制级盘算机形成局部闭环控制，从而越发准确的控制机械人手部在空间的运动。
2）基于PLC的运动控制 两种控制方法：
1、使用PLC的某些输出端口使用脉冲输出指令来爆发脉冲驱动电机，同时使用通用I/O或者计数部件来实现电机的闭环位置控制。
2、使用PLC外部扩展的位置控制�？槔词迪值缁谋栈肺恢每刂浦饕且苑⒏咚俾龀宸椒ǹ刂�，属于位置控制方法，一样平常点到点的位置控制方法较多。
部分内容泉源：中国机械人网
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