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江蘇悅予自動化教你如何組裝工業(yè)機器人?
工業(yè)機器人的分類
按操作機坐標形式可分為:
(1)直角坐標型工業(yè)機器人
其運動部分由三個相互垂直的直線移動(即PPP)組成,其工作空間圖形為長方形。它在各個軸向的移動距離,可在各個坐標軸上直接讀出,直觀性強,易于位置和姿態(tài)的編程計算,定位精度高,控制無耦合,結(jié)構(gòu)簡單,但機體所占空間體積大,動作范圍小,靈活性差,難與其他工業(yè)機器人協(xié)調(diào)工作。
(2)圓柱坐標型工業(yè)機器人
其運動形式是通過一個轉(zhuǎn)動和兩個移動組成的運動系統(tǒng)來實現(xiàn)的,其工作空間圖形為圓柱,與直角坐標型工業(yè)機器人相比,在相同的工作空間條件下,機體所占體積小,而運動范圍大,其位置精度僅次于直角坐標型機器人,難與其他工業(yè)機器人協(xié)調(diào)工作。
(3)球坐標型工業(yè)機器人
又稱極坐標型工業(yè)機器人,其手臂的運動由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線移動(即RRP,一個回轉(zhuǎn),一個俯仰和一個伸縮運動)所組成,其工作空間為一球體,它可以作上下俯仰動作并能抓取地面上或教低位置的協(xié)調(diào)工件,其位置精度高,位置誤差與臂長成正比。
(4)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人
又稱回轉(zhuǎn)坐標型工業(yè)機器人,這種工業(yè)機器人的手臂與人一體上肢類似,其前三個關(guān)節(jié)是回轉(zhuǎn)副(即RRR),該工業(yè)機器人一般由立柱和大小臂組成,立柱與大臂見形成肩關(guān)節(jié),大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié),可使大臂做回轉(zhuǎn)運動和俯仰擺動,小臂做仰俯擺動。其結(jié)構(gòu)最緊湊,靈活性大,占地面積最小,能與其他工業(yè)機器人協(xié)調(diào)工作,但位置精度教低,有平衡問題,控制耦合,這種工業(yè)機器人應(yīng)用越來越廣泛
(5)平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人
它采用一個移動關(guān)節(jié)和兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(即PRR),移動關(guān)節(jié)實現(xiàn)上下運動,而兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)則控制前后、左右運動。這種形式的工業(yè)機器人又稱(SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)裝配機器人。在水平方向則具有柔順性,而在垂直方向則有教大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡單,動作靈活,多用于裝配作業(yè)中,特別適合小規(guī)格零件的插接裝配,如在電子工業(yè)的插接、裝配中應(yīng)用廣泛。
按驅(qū)動方式可分為:
(1)氣動式工業(yè)機器人
類工業(yè)機器人以壓縮空氣來驅(qū)動操作機,其優(yōu)點是空氣來源方便,動作迅速,結(jié)構(gòu)簡單造價低,無污染,缺點是空氣具有可壓縮性,導(dǎo)致工作速度的穩(wěn)定性較差,又因氣源壓力一般只有6kPa左右,所以這類工業(yè)機器人抓舉力較小,一般只有幾十牛頓,最大百余牛頓。
(2)液壓式工業(yè)機器人
液壓壓力比氣壓壓力高得多,一般為70kPa左右,故液壓傳動工業(yè)機器人具有較大的抓舉能力,可達上千牛頓。這類工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn),動作靈敏,但對密封要求較高,且不宜在高溫或低溫環(huán)境下工作。
(3)電動式工業(yè)機器人
這是目前用得最多的一類工業(yè)機器人,不僅因為電動機品種眾多,為工業(yè)機器人設(shè)計提供了多種選擇,也因為它們可以運用多種靈活控制的方法。早期多采用步進電機驅(qū)動,后來發(fā)展了直流伺服驅(qū)動單元,目前交流伺服驅(qū)動單元也在迅速發(fā)展。這些驅(qū)動單元或是直接驅(qū)動操作機,或是通過諸如諧波減速器的裝置來減速后驅(qū)動,結(jié)構(gòu)十分緊湊、簡單。
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)
工業(yè)機器人的控制技術(shù)是在傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,因此兩者之間并無根本的不同但工業(yè)機器人控制系統(tǒng)也有許多特殊之處。其特點如下:
(1)工業(yè)機器人有若干個關(guān)節(jié),典型工業(yè)機器人有五六個關(guān)節(jié),每個關(guān)節(jié)由一個伺服系統(tǒng)控制,多個關(guān)節(jié)的運動要求各個伺服系統(tǒng)協(xié)同工作。
(2)工業(yè)機器人的工作任務(wù)是要求操作機的手部進行空間點位運動或連續(xù)軌跡運動,對工業(yè)機器人的運動控制,需要進行復(fù)雜的坐標變換運算,以及矩陣函數(shù)的逆運算。
(3)工業(yè)機器人的數(shù)學(xué)模型是一個多變量、非線性和變參數(shù)的復(fù)雜模型,各變量之間還存在著耦合,因此工業(yè)機器人的控制中經(jīng)常使用前饋、補償、解耦和自適應(yīng)等復(fù)雜控制技術(shù)
(4)較高級的工業(yè)機器人要求對環(huán)境條件、控制指令進行測定和分析,采用計算機建立龐大的信息庫,用人工智能的方法進行控制、決策、管理和操作,按照給定的要求,自動選擇最佳控制規(guī)律。
工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)發(fā)基本要求有:
(1)實現(xiàn)對工業(yè)機器人的位置、速度、加速度等控制功能,對于連續(xù)軌跡運動的工業(yè)機器人還必須具有軌跡的規(guī)劃與控制功能。
(2)方便的人---機交互功能,操作人員采用直接指令代碼對工業(yè)機器人進行作用指示。使用工業(yè)機器人具有作業(yè)知識的記憶、修正和工作程序的跳轉(zhuǎn)功能。
(3)具有對外部環(huán)境(包括作業(yè)條件)的檢測和感覺功能。為使工業(yè)機器人具有對外部狀態(tài)變化的適應(yīng)能力,工業(yè)機器人應(yīng)能對諸如視覺、力覺、觸覺等有關(guān)信息進行測量、識別、判斷、理解等功能。在自動化生產(chǎn)線中,工業(yè)機器人應(yīng)用與其它設(shè)備交換信息,協(xié)調(diào)工作的能力。
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的分類:
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)可以從不同角度分類,如控制運動的方式不同,可分為關(guān)節(jié)控制、笛卡爾空間運動控制和自適應(yīng)控制;按軌跡控制方式的不同,可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制;按速度控制方式的不同,可分為速度控制、加速度控制、力控制。
程序控制系統(tǒng):給每個自由度施加一定規(guī)律的控制作用,機器人就可實現(xiàn)要求的空間軌跡。
自適應(yīng)控制系統(tǒng):當外界條件變化時,為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì),其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察,再調(diào)整非線性模型的參數(shù),一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時間和條件自動改變。
人工智能系統(tǒng):事先無法編制運動程序,而是要求在運動過程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息,實時確定控制作用。當外界條件變化時,為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì),其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察,再調(diào)整非線性模型的參數(shù),一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時間和條件自動改變。因而本系統(tǒng)是一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。