1.主體(tǐ)

 

主體(tǐ)機械即機座和實行機構，包括大(dà)臂、小(xiǎo)臂、腕部和手部，構成的多自由度的機械系統。有的機器人另有行走機構。工(gōng)業機器人有6個自由度乃至更多腕部通常有1～3個活動自由度。

2.驅動系統

 

由于低慣量，大(dà)轉矩交、直流伺服電機及其配套的伺服驅動器(交換變頻(pín)器、直流脈沖寬度調制器)的普遍接納。這類系統不需能量轉換，運用方便，控制靈敏。大(dà)多數電機後面需安裝精細的傳動機構：減速器。其齒運用齒輪的速率轉換器，将電機的反轉數減速到所要的反轉數，并得到較大(dà)轉矩的裝置，從而降低轉速，添加轉矩,當負載較大(dà)時，一(yī)味提升伺服電機的功率是很不劃算的，能夠在适宜的速率範疇内通過減速器來進步輸出扭矩。伺服電機在低頻(pín)運轉下(xià)容易發熱和出現低頻(pín)振動，長時間和重複性的工(gōng)作不利于确保其準确性、牢靠地運轉。精細減速電機的存在使伺服電機在一(yī)個适宜的速率下(xià)運轉，加強機器體(tǐ)剛性的同時輸出更大(dà)的力矩。如今主流的減速器有兩種：諧波減速器和RV減速

 

機器人控制系統是機器人的大(dà)腦，是決定機器人功用和功能的主要要素。控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和實行機構收回指令信号，并進行控制。工(gōng)業機器人控制技術的主要任務便是控制工(gōng)業機器人在工(gōng)作空間中(zhōng)的活動範圍、姿勢和軌迹、動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操縱、友好的人機交互界面、在線操縱提示和運用方便等特點。

 

 

由于已有的通用芯片功用及功能上不可以完全滿足有些機器人系統在價錢、功能、集成度和接口等方面的要求，這就萌生(shēng)了機器人系統對SoC（Systemon Chip）技能的需求，将特定的處置器與所需求的接口集成在一(yī)同，可簡化系統外(wài)圍電路的設計，減少系統尺寸，并低低成本。比方，Actel公司将NEOS或ARM7的處置器内核集成在其FPGA産品上，構成了一(yī)個完整的SoC系統。在機器人技術控制器方面，其研讨主要會合在美國和日本，并有成熟的成品，如美國DELTATAU公司、日本朋立株式會社等。其運動控制器以DSP技術爲核心，采用基于PC的開(kāi)放(fàng)式結構。

 

 

它是内部傳感器模塊和外(wài)部傳感器模塊的構成，獲取内部和外(wài)部的環境狀态中(zhōng)有意義的信息。

 

内部傳感器：用來檢測機器人本身狀态（如手臂間的角度）的傳感器，多爲檢測位置和角度的傳感器。具體(tǐ)有：位置傳感器、位置傳感器、角度傳感器等。

 

外(wài)部傳感器：用來檢測機器人所處環境（如檢測物(wù)體(tǐ)，距離(lí)物(wù)體(tǐ)的距離(lí)）及狀況（如檢測抓取的物(wù)體(tǐ)是否滑落）的傳感器。具體(tǐ)有距離(lí)傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器等。

 

智能傳感系統的使用提高了機器人的機動性，實用性和智能化的标準，人類的感知(zhī)系統對外(wài)部世界信息是機器人靈巧的，然而，對于一(yī)些特許的信息，傳感器比人的系統更加有效。

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5.末端執行器

 

末端執行器連接在機械手一(yī)個關節上的部件，它一(yī)般用來抓取物(wù)體(tǐ)，與其他機構連接并執行需要的任務。機器人制造上一(yī)般不設計或出售末端執行器，多數情況下(xià)，他們隻提供一(yī)個簡單的抓持器。通常末端執行器安裝在機器人6軸的法蘭盤上以完成給定環境中(zhōng)的任務，如焊接，噴漆，塗膠以及零件裝卸等就是需要機器人來完成的任務。

 

伺服電機的概述

一(yī)、伺服電機的分(fēn)類

 

1）直流伺服電機分(fēn)爲有刷和無刷電機

①有刷電機成本低，結構簡單，啓動轉矩大(dà)，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），産生(shēng)電磁幹擾，對使用環境有要求，通常用于對成本敏感的普通工(gōng)業和民用場合；

 

②無刷電機體(tǐ)積小(xiǎo)重量輕，出力大(dà)響應快，速度高慣量小(xiǎo)，力矩穩定轉動平滑，控制複雜(zá)，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機免維護，高效節能，電磁輻射小(xiǎo)，溫升低壽命長，适用于各種環境。

 

 

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，産生(shēng)磨損微粒（無塵易爆環境不宜）

 

2）交流伺服電機的優點和缺點

優點：速度控制特性良好，在整個速度區内可實現平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發熱少，高速控制，高精确度位置控制（取決于編碼器精度），額定運行區域内，可實現恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護（适用于無塵、易爆環境）。

 

缺點：控制較複雜(zá)，驅動器參數需要現場調整PID參數确定，需要更多的連線。

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三、伺服系統接線圖

伺服驅動器主要有控制回路電源、主控制回路電源、伺服輸出電源、控制器輸入CN1、編碼器接口CN2、連接起CN3。控制回路電源是單相AC電源，輸入電源可單相、三相，但是必須是220v，就是說三相輸入時，咱們的三相電源必須經過變壓器變壓才能接，對于功率較小(xiǎo)的驅動器，可單相直接驅動，單相接法必須接R、S端子。伺服電機輸出U、V、W切記千萬不能與主電路電源連接，有可能燒毀驅動器。CN1端口主要用于上位機控制器的連接，提供輸入、輸出、編碼器ABZ三相輸出、各種監控信号的模拟量輸出。

2. 編碼器接線

3. 通訊端口

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驅動器通過CN3端口與電腦PLC、HMI等上位機相連接，采用MODBUS通訊來控制驅動器，可使用RS232、RS485進行通訊。

 

四、伺服驅動器市場

 

機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，交流伺服電機在工(gōng)業機器人中(zhōng)得到廣泛應用。目前國内高端市場主要被國外(wài)名企占據，主要來自日本和歐美，未來國産替代空間大(dà)。目前國外(wài)品牌占據了中(zhōng)國交流伺服市場近80%的市場份額，主要來自日本和歐美。其中(zhōng)，日系産品以約50%的市場份額居首，其著名品牌包括松下(xià)、三菱電機、安川、三洋、富士等，其産品特點是技術和性能水平比較符合中(zhōng)國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源，在中(zhōng)小(xiǎo)型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。

 

 

看了一(yī)則新聞：機器人産業要破除“卡脖子”難題，感觸挺深。随着人工(gōng)成本的提高，工(gōng)業機器人替換人已成爲趨勢。工(gōng)業機器人作爲智能制造的基石，但核心零部件卻制約着我(wǒ)國機器人産業的發展，據相關調查顯示目前國内機器人減速器普通依賴進口。機器人産業在中(zhōng)國要成氣候，必須下(xià)決心解決核心零部件的問題。

 

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下(xià)面介紹工(gōng)業機器人核心精密零部件：減速器，與通用減速器相比，機器人用減速器要求具有傳動鏈短、體(tǐ)積小(xiǎo)、功率大(dà)、質量輕和易于控制等特點。減速器行業，我(wǒ)們不得不提這行業兩巨頭是Nabtesco（帝人，也叫納博特斯克）和Hamonica Drive（哈默納科），業界俗稱（RV減速器和諧波減器）。他們幾乎壟斷了全球的機器人用減速器。這兩種減速器都是微米級的加工(gōng)精度，光這一(yī)條在量産階段可靠性高就很難了，更别說幾千轉的高速運轉，而且還要高壽命。目前市面上的大(dà)量應用在工(gōng)業機器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。

 

RV減速器：是少齒差齧合，但相對于諧波減速器，RV減速器通常用的是擺線針輪，RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器，RV減速器的關鍵在于加工(gōng)工(gōng)藝和裝配工(gōng)藝。RV減速器具有更高的疲勞強度、剛度和壽命，不像諧波傳動那樣随着使用時間增長，運動精度會顯著降低，其缺點是重量重，外(wài)形尺寸較大(dà)。RV減速器用于轉矩大(dà)的機器人腿部腰部和肘部三個關節，負載大(dà)的工(gōng)業機器人，一(yī)二三軸都是用RV減速器。

它較機器人中(zhōng)常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩定，不像諧波傳動那樣随着使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進機器人傳動中(zhōng)有逐漸取代諧波減速器的發展趨勢。

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諧波減速器：用的也是少齒差齧合，諧波裏的一(yī)種關鍵齒輪是柔性的，它需要反複的高速變形，所以它比較脆弱，承載力和壽命都有限。

諧波減速器是諧波傳動裝置的一(yī)種，諧波傳動裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括：剛輪、柔輪、和徑向變形的波發生(shēng)器三者組成。它是利用柔性齒輪産生(shēng)可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。這種傳動與一(yī)般的齒輪傳遞具有本質上的差别，在齧合理論、集合計算和結構設計方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優點，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體(tǐ)積及重量至少減少1/3。所以諧波減速機主用于小(xiǎo)型機器人，特點是體(tǐ)積小(xiǎo)、重量輕、承載能力大(dà)、運動精度高，單級傳動比大(dà)。一(yī)般用于負載小(xiǎo)的工(gōng)業機器人或大(dà)型機器人末端幾個軸。

 

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諧波減速器分(fēn)解圖

 

控制系統

機器人控制系統是機器人的大(dà)腦，是決定機器人功用和功能的主要要素。控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和實行機構收回指令信号，并進行控制。下(xià)面文章主要介紹機器人控制系統。

 

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1、機器人的控制系統

 

“實質”是對驅動器輸出力矩的控制。機器人的控制系統

工(gōng)作原理是示教再現；示教也稱導引示教，既是人工(gōng)導引機器人，一(yī)步步按實際需求動作流程操作一(yī)遍，機器人在導引過程中(zhōng)自動記憶示教的每個動作的姿态、位置、工(gōng)藝參數、運動參數等，并自動生(shēng)成一(yī)個連續執行的程序。完成示教後，隻需要給機器人一(yī)個啓動命令，機器人将會地自動按照示教好的動作，完成全部流程；

 

 

1）按照有無反饋分(fēn)爲：開(kāi)環控制、閉環控制、

 

位置控制分(fēn)爲：單關節位置控制（位置反饋，位置速度反饋，位置速度加速度反饋）、多關節位置控制

多關節位置控制分(fēn)爲分(fēn)解運動控制、集中(zhōng)控制力控制分(fēn)爲：直接力控制、阻抗控制、力位混合控制

 

4、控制系統硬件配置及結構 .電氣硬件 .軟件架構

 

 

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1）具體(tǐ)流程：

傳感器将各個關節的運動輸出信号反饋回伺服控制級計算機形成局部閉環控制，達到精确的控制機器人在空間的運動。

 

②使用PLC外(wài)部擴展的位置控制模塊來實現電機的閉環位置控制，這種方式主要是以發高速脈沖控制，屬于位置控制方式，位置控制一(yī)般都是點到點的位置控制方式較多。

機器人重要參數

 

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機器人的技術參數反映了機器人可勝任的工(gōng)作、具有的操作性能等情況，是設計、應用機器人必須考慮的問題。機器人的主要技術參數有自由度、分(fēn)辨率、工(gōng)作空間、工(gōng)作速度、工(gōng)作載荷等。

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1、自由度

 

 

常見機器人自由度數一(yī)般有5～6個。有些機器人還附帶有外(wài)部軸。

 

2、關節（Joint）

 

3、工(gōng)作範圍

工(gōng)業機器人手臂或手部安裝點所能達到的所有空間範圍。

 

4、速度

 

5、工(gōng)作負載

 

 

 

是指機器人能夠實現的小(xiǎo)移動距離(lí)或小(xiǎo)轉動角度 。

7、精度