工業(yè)機(jī)器人的組成部分

來源：電子制造工藝技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的組成

工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)四部分組成，如下圖所示。

工業(yè)機(jī)器人各組成部分之間的相互作用關(guān)系如下圖

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由一系列連桿、關(guān)節(jié)或其他形式的運(yùn)動(dòng)副所組成。從功能的角度可分為手部、腕部、臂部、腰部和基座。

1.1 手部

工業(yè)機(jī)器人的?手部也叫做末端執(zhí)行器?，是裝在機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。手部對(duì)于機(jī)器人來說是評(píng)價(jià)完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。

1.2 腕部

腕部旋轉(zhuǎn)是指腕部繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，又叫做臂轉(zhuǎn)。有些機(jī)器人限制其腕部轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度，另一些機(jī)器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，腕部可以轉(zhuǎn)幾圈。

1.3 臂部

臂部是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是支撐腕部和手部，并將被抓取的工件運(yùn)送到給定的位置上。機(jī)器人的臂部主要包括臂桿以及與其運(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)件，包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接和位置檢測元件等。

手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受末端執(zhí)行器、手腕和手臂自身的重量。?手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性、抓重大小(臂力)和定位精度都直接影響機(jī)器人的工作性能?，所以臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來確定。

一般機(jī)器人手臂有3個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過基座的立柱實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

1.4 腰部

腰部是連接臂部和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件。它的回轉(zhuǎn)，再加上臂部的運(yùn)動(dòng)，就能使腕部做空間運(yùn)動(dòng)。?腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制作誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性對(duì)機(jī)器人的定位精度有決定性的影響?。

1.5 基座

基座是整個(gè)機(jī)器人的支撐部分，有固定式和移動(dòng)式兩類。移動(dòng)式基座用來擴(kuò)大機(jī)器人的活動(dòng)范圍，有的是專門的行走裝置，有的是軌道、滾輪機(jī)構(gòu)。基座必須有足夠的剛度和穩(wěn)定性。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置，包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。驅(qū)動(dòng)器通常有電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)裝置以及把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有諧波傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)以及各種齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成固定的運(yùn)動(dòng)和功能。若工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng)；若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)和關(guān)節(jié)伺服控制器組成，如圖所示。

上位主控計(jì)算機(jī)主要根據(jù)作業(yè)要求完成編程，并發(fā)出指令控制各伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使各桿件協(xié)調(diào)工作，同時(shí)還要完成環(huán)境狀態(tài)、周邊設(shè)備之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。關(guān)節(jié)伺服控制器用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元的伺服控制、軌跡插補(bǔ)計(jì)算，以及系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測。不同的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是不同的，圖中所示為ABB工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)實(shí)物。

工業(yè)機(jī)器人通常具有示教再現(xiàn)和位置控制兩種方式。示教再現(xiàn)控制就是操作人員通過示教裝置把作業(yè)程序內(nèi)容編制成程序，輸入到記憶裝置中，在外部給出啟動(dòng)命令后，機(jī)器人從記憶裝置中讀出信息并送到控制裝置，發(fā)出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，在一定精度范圍內(nèi)按照記憶裝置中的內(nèi)容完成給定的動(dòng)作。

事實(shí)上，?工業(yè)機(jī)器人與一般自動(dòng)化機(jī)械的最大區(qū)別就是它具有“示教再現(xiàn)”功能?，因而表現(xiàn)出通用、靈活的“柔性”特點(diǎn)。

工業(yè)機(jī)器人的位置控制方式有點(diǎn)位控制和連續(xù)路徑控制兩種。其中，點(diǎn)位控制這種方式只關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種控制方式可完成無障礙條件下的點(diǎn)焊、上下料、搬運(yùn)等操作。連續(xù)路徑控制方式不僅要求機(jī)器人以一定的精度達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)移動(dòng)軌跡也有一定的精度要求，如機(jī)器人噴漆、弧焊等操作。事實(shí)上這種控制方式是以點(diǎn)位控制方式為基礎(chǔ)，在每兩點(diǎn)之間用滿足精度要求的位置軌跡插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)軌跡連續(xù)化的。

傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，按其采集信息的位置，一般可分為內(nèi)部和外部兩類傳感器。內(nèi)部傳感器是完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制所必需的傳感器，如位置、速度傳感器等，用于采集機(jī)器人內(nèi)部信息，是構(gòu)成機(jī)器人不可缺少的基本元件。外部傳感器檢測機(jī)器人所處環(huán)境、外部物體狀態(tài)或機(jī)器人與外部物體的關(guān)系。常用的外部傳感器有力覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、視覺傳感器等。一些特殊領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)器人還可能需要具有溫度、濕度、壓力、滑動(dòng)量、化學(xué)性質(zhì)等感覺能力方面的傳感器。

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人僅采用內(nèi)部傳感器，用于對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、位置及姿態(tài)進(jìn)行精確控制。使用外部傳感器，使得機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境具有一定程度的適應(yīng)能力?，從而表現(xiàn)出一定程度的智能。

審核編輯：湯梓紅