工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該有幾個(gè)軸才合理呢？

近年來(lái)，跨國(guó)機(jī)器人巨頭們紛紛推出七軸工業(yè)機(jī)器人，以搶占高端新市場(chǎng)，這引發(fā)了我們對(duì)于七軸工業(yè)機(jī)器人的深入思考，它具有哪些獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，存在哪些研發(fā)難點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)際上發(fā)布了哪些工業(yè)七軸機(jī)器人產(chǎn)品，我國(guó)七軸工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)入了哪一階段？

目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但我們也發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人不僅形狀各異，其軸數(shù)也各不相同。所謂工業(yè)機(jī)器人的軸，可以用專業(yè)的名詞自由度來(lái)解釋，如果機(jī)器人具有三個(gè)自由度，那么它可以沿x，y，z軸自由的運(yùn)動(dòng)，但是它卻不能傾斜或者轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人的軸數(shù)增加，對(duì)機(jī)器人而言，就是更高的靈活性。那么工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該有幾個(gè)軸才合理呢？
三軸機(jī)器人也被稱為直角坐標(biāo)或者笛卡爾機(jī)器人，它的三個(gè)軸可以允許機(jī)器人沿三個(gè)軸的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)器人一般被用于簡(jiǎn)單的搬運(yùn)工作之中。
? ? ?四軸機(jī)器人，可以沿著x，y，z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，與三軸機(jī)器人不同的是，它具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的第四軸，一般來(lái)說(shuō)SCARA機(jī)器人就可以被認(rèn)為是四軸機(jī)器人。

五軸是許多工業(yè)機(jī)器人的配置，這些機(jī)器人可以通過(guò)x，y，z三個(gè)空間周進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)可以依靠基座上的軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身的動(dòng)作，以及手部可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，增加了其靈活性。
六軸機(jī)器人可以穿過(guò)x，y，z軸，同時(shí)每個(gè)軸可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，與五軸機(jī)器人的最大區(qū)別就是，多了一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。六軸機(jī)器人的代表就是優(yōu)傲機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器人身上的藍(lán)色蓋子，你可以很清楚的計(jì)算出機(jī)器人的軸數(shù)。七軸機(jī)器人，又稱為冗余機(jī)器人，相比六軸機(jī)器人額外的軸允許機(jī)器人躲避某些特定的目標(biāo)，便于末端執(zhí)行器到達(dá)特定的位置，可以更加靈活的適應(yīng)某些特殊工作環(huán)境。隨著軸數(shù)的增加，機(jī)器人的靈活性也隨之增長(zhǎng)。但是，在目前的工業(yè)應(yīng)用中，用得最多的是三軸、四軸和六軸的工業(yè)機(jī)器人，這是因?yàn)?，在某些?yīng)用中，并不需要很高的靈活性，而三軸和四軸機(jī)器人具有更高的成本效益，并且三軸和四軸機(jī)器人在速度上也具有很大的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，在需要高靈活性的3C產(chǎn)業(yè)，七軸工業(yè)機(jī)器人將擁有用武之地，隨著其精度不斷增加，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，它將取代人工進(jìn)行裝配手機(jī)等精密電子產(chǎn)品。七軸工業(yè)機(jī)器人比六軸工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)在哪？從技術(shù)上來(lái)看，六軸工業(yè)機(jī)器人存在什么問(wèn)題，七軸工業(yè)機(jī)器人又強(qiáng)在哪？

（1）改善運(yùn)動(dòng)學(xué)特性

在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，三個(gè)問(wèn)題使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)受到非常大的限制。

第一是奇異構(gòu)型。當(dāng)機(jī)器人處于奇異構(gòu)型時(shí)，它的末端執(zhí)行器不能繞某個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，或者施加力矩，因而奇異構(gòu)型極大的影響了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

第二是關(guān)節(jié)位移超限。在真實(shí)工作情況下，機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)的角度范圍是受到限制的，最理想的狀態(tài)是正負(fù)180度，但是很多關(guān)節(jié)是做不到的。另外，七軸機(jī)器人可以避免角速度運(yùn)動(dòng)過(guò)快，讓角速度分配得比較均勻。
? ? ?第三是工作環(huán)境中存在障礙。在工業(yè)環(huán)境下，很多場(chǎng)合存在各種環(huán)境障礙，傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人無(wú)法只改變末端機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，而不改變末端機(jī)構(gòu)的位置。
（2）改善動(dòng)力學(xué)特性
對(duì)于七軸機(jī)器人而言，利用其冗余自由度不僅可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃達(dá)到良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，并且我們可以利用其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)力學(xué)性能。七軸機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩的再分配，這里涉及到機(jī)器人的靜力平衡的問(wèn)題，也就是說(shuō)，作用在末端的力，通過(guò)一定的算法算出每個(gè)關(guān)節(jié)承受的力有多大。對(duì)于傳 統(tǒng)的六軸機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其每個(gè)關(guān)節(jié)的力是一定的，它的分配可能很不合理。但是對(duì)于七軸機(jī)器人來(lái)說(shuō)，我們可以通過(guò)控制算法調(diào)整各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩，讓薄弱的環(huán)節(jié)承 受的力矩盡量小，是整個(gè)機(jī)器人的力矩分配比較均勻，更加合理。
（3）容錯(cuò)性
機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí)，如果有一關(guān)節(jié)失效，傳統(tǒng)六軸機(jī)器人便無(wú)法繼續(xù)完成工作，而七軸機(jī)器人可以通過(guò)重新調(diào)整故障關(guān)節(jié)速度（運(yùn)動(dòng)學(xué)容錯(cuò)）和故障關(guān)節(jié)力矩（動(dòng)力學(xué)容錯(cuò)）的再分配實(shí)現(xiàn)繼續(xù)正常工作。無(wú)論從產(chǎn)品角度，還是從應(yīng)用角度，七軸工業(yè)機(jī)器人目前都還處于初步發(fā)展階段，但各大廠商紛紛在各大展覽會(huì)力推相關(guān)產(chǎn)品，可以想見(jiàn)對(duì)其未來(lái)的發(fā)展?jié)摿€是十分看好的。