一、機器人驅動裝置
概念:為使機器人運行起來,給各個關節即運動自(zì)由度(dù)安裝的傳動裝置。
作用:提供機器人各部位、各關節動作的(de)原動力。
驅動(dòng)係統:可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動係統,或者把它們(men)結合起來應用的綜合係統;可以是直接驅動或(huò)者是通過同步帶、鏈條、輪係、諧波齒輪等機械傳動機構進(jìn)行間接驅(qū)動。
1、電動驅(qū)動(dòng)裝置
電動驅動裝置(zhì)的能源簡單,速度變化範圍大,效率高,速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝(zhuāng)置相聯(lián),直接驅動比較困難。
電動驅(qū)動裝置又(yòu)可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機驅動和步進電機驅動。直流(liú)伺服電機電刷易磨損,且易形成火花。無刷直流電機也得(dé)到了越來越廣泛(fàn)的應用(yòng)。步進電機驅動多為(wéi)開環(huán)控製,控製簡單但功率不大,多用於低精度小功率機器人係統。
電動上電運行(háng)前要作(zuò)如下檢查:
1)電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞);對於(yú)直流輸入的+/-極性一定不能接錯,驅動控製器(qì)上的(de)電(diàn)機型(xíng)號或電(diàn)流設定值是否合適(shì)(開始時(shí)不要太(tài)大)。
2)控製信號線接(jiē)牢靠,工業現場最好要(yào)考慮屏蔽問(wèn)題(如采用(yòng)雙絞線)。
3)不要開始時就把需要接的線(xiàn)全接上,隻連成最基本的係(xì)統,運行良好後,再(zài)逐步連接。
4)一(yī)定要搞清楚接地方(fāng)法,還是采用浮空不接。
5)開始運行(háng)的半小時內要密切觀察電機的狀態,如運動是否正常,聲音(yīn)和溫升(shēng)情況,發現問題立即停機(jī)調整。
2、液壓驅動(dòng)
通過高(gāo)精度的(de)缸體和活塞來完成,通過缸體和活塞杆的相對運動實現直線運動。
優點:功(gōng)率大,可省去減速裝(zhuāng)置直接與被驅動的杆件相連,結構緊湊,剛度好,響應快,伺服驅動具有較高的精度。
缺點:需要增設液壓(yā)源,易(yì)產生液體泄漏,不適合高、低溫(wēn)場合(hé),故液壓驅動目前多用於特大功率的機器人係統。
選(xuǎn)擇適合(hé)的液壓油。防止固體雜質混入液壓係統,防止空氣和水入侵液壓係統。機(jī)械作業要柔和平順,避免粗暴,否(fǒu)則必然產生衝擊負(fù)荷,使機(jī)械故障頻(pín)發,大大(dà)縮短使(shǐ)用壽命。要注意氣蝕(shí)和溢流噪聲。作業中(zhōng)要時刻注意液壓泵和溢流閥的聲音,如果液壓泵出現“氣蝕”噪聲,經排氣後不能消除,應查明原(yuán)因排除故障後才能使(shǐ)用(yòng)。保持適宜的油溫。液壓係統的工作溫度一般控製在30——80℃之間為宜。
3、氣壓驅動(dòng)
氣(qì)壓驅動的結構簡單,清潔,動作靈敏,具有緩衝作用。但與液壓驅動裝(zhuāng)置相比(bǐ),功率較小(xiǎo),剛度差,噪音大,速度不易控製,所以多用於精度不高的點位控製(zhì)機器人。
(1)具有速度快、係統結構簡單,維修方便、價格低等特(tè)點。適於在中、小負荷的機器人中(zhōng)采用。但因難於實現伺(sì)服控製(zhì),多用於程序控製的機(jī)械人中,如在上、下料和衝壓(yā)機(jī)器人中應用較多。
(2)在多數情況下是用於實現兩位式的或有限點位控(kòng)製的中、小機器人中的。
(3)控製裝置(zhì)目前多數選用可編程控製器(PLC控(kòng)製器)。在易燃、易爆場合下可(kě)采用氣動邏輯元件組成控製裝(zhuāng)置。
二(èr)、直線傳動機構
傳(chuán)動裝(zhuāng)置是連接動力源和運動連杆的關鍵部分,根據關節形式,常用(yòng)的(de)傳(chuán)動機構形式有(yǒu)直線傳動和旋轉傳動機構。
直線傳動方式可用於直角坐標機器人的X、Y、Z向驅動,圓柱坐標結構的徑向驅動和垂直升降驅動,以及球坐標結(jié)構的徑向伸(shēn)縮驅動。
直線運動(dòng)可(kě)以通過齒輪齒(chǐ)條、絲杠(gàng)螺母等傳動元件將旋轉運動轉換成直線運動,也可以有直線驅動電機驅動,也可以直(zhí)接由氣缸(gāng)或(huò)液壓缸的(de)活塞產生。
1、齒輪齒條裝置
通(tōng)常齒條是固定的。齒輪的(de)旋轉運動轉(zhuǎn)換成托板的直線運動。
優點:結構簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn):回差較大。
2、滾珠(zhū)絲杠
在(zài)絲杠和螺母的螺旋槽內嵌入滾珠,並通(tōng)過螺母中的導向(xiàng)槽(cáo)使滾珠能連續(xù)循環。
優點:摩擦力小,傳動效率高,無爬行,精度高
缺點:製造成(chéng)本(běn)高,結(jié)構複雜。
自鎖問題:理論上滾珠絲杠副也可以自鎖,但是實際應用上沒有使用這個自鎖的,原(yuán)因主要是:可靠性很差,或加工成本很高;因為直徑與導程比非(fēi)常大,一般都是再加一(yī)套(tào)蝸輪蝸(wō)杆之類的自鎖裝置。
三、旋轉傳動機構
采用旋轉傳動機構的目的是將電機(jī)的驅動源(yuán)輸出的較高轉速轉換成較低轉速,並獲得較大的力(lì)矩。機器人中應用較多的旋轉傳動機構有齒輪鏈、同步皮帶和諧(xié)波齒輪。
1、齒輪鏈
(1)轉速關係
(2)力矩關係
2、同步皮(pí)帶
同步(bù)帶是(shì)具有許多型齒的皮帶,它與(yǔ)同樣具有型(xíng)齒(chǐ)的同步皮帶輪相(xiàng)齧合。工作時相當於柔軟的齒(chǐ)輪。
優點:無滑動,柔性好,價(jià)格便宜,重複(fù)定位精(jīng)度高。
缺點:具(jù)有(yǒu)一定的彈性變形。
3、諧波(bō)齒輪
諧波齒輪由剛性齒輪、諧波發生器和(hé)柔性(xìng)齒輪三個主要零件組成,一般剛(gāng)性(xìng)齒輪固定,諧波發生器驅動(dòng)柔性齒輪旋轉。
主要特點:
(1)傳動比大,單級為(wéi)50—300。
(2)傳動平穩,承載能力(lì)高。
(3)傳動效率高,可達70%—90%。
(4)傳動精度高,比普通齒輪(lún)傳動高3—4倍。
(5)回差小,可小於3。
(6)不能獲得中間輸出,柔(róu)輪剛度較低。
諧波傳動裝置在機器人技術比較先進的國家已得到(dào)了(le)廣泛的應(yīng)用。
四、機器人傳感係統
1、感受係(xì)統由(yóu)內部傳感器模塊和外部傳感器(qì)模塊組成,用以獲取內部和外部環境狀態中有意義的信息。
2、智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性(xìng)和智能化的水準。
3、智(zhì)能傳感器的使用提(tí)高了機器(qì)人的機動性、適應性和智能化的水準。
4、對於一些特殊(shū)的信息,傳感器比人類的(de)感受係統更有效。
五、機器人位置檢測
旋轉光學編碼器是最常用的位置反饋裝置。光電探測器(qì)把光(guāng)脈衝轉化(huà)成二進(jìn)製波形。軸的轉角通過計(jì)算脈(mò)衝數得到,轉動方向由兩個方波信號的相對相位決定。
感應同(tóng)步(bù)器輸出兩個模(mó)擬信號——軸轉角的正(zhèng)弦信號和餘弦信號。軸的(de)轉角由這兩個信號的相對幅值計算得(dé)到(dào)。感應同步器一般比(bǐ)編碼器可靠,但它的分辨率較低。
電位(wèi)計是最直接(jiē)的位置檢測形式。它連接在電橋中,能夠(gòu)產生與軸轉角成正比的電壓信號。但是,分辨率低,線性不好,以及對噪聲敏感。
轉速計能(néng)夠輸出(chū)與軸的轉速(sù)成正比的模擬信號。如果沒(méi)有這樣的速度傳感器,可以通過對檢測到的位置相對於(yú)時間的差分得到速度反饋信號。
六、機器人力檢測
力傳感(gǎn)器通常安裝在操作臂下述三個(gè)位置:
1、安裝在關節驅動器上。可測量(liàng)驅動器/減速器自身的力矩或者(zhě)力(lì)的(de)輸出。但不能很好地檢(jiǎn)測(cè)末端執(zhí)行器與(yǔ)環境之間的接觸力。
2、安裝在末端執行器與操作臂的終端關節之間,可稱腕力傳(chuán)感器。通常,可以測(cè)量施加於末端執行器上的三個到六個力/力矩分量。
3、安(ān)裝(zhuāng)在末(mò)端執行(háng)器的“指尖”上。通常,這些帶有力(lì)覺得手指內置了應變計,可以測量作用在指尖上的一個到四個分力。
七、機器人——環境交互係統
1、機(jī)器人-環境交互係統是實現工業機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯係和協調的係統。
2、工業(yè)機器人與外部設備集成為一(yī)個功能(néng)單元,如加工(gōng)製造單元、焊(hàn)接單元、裝配單元等。也可以是多台機器人、多台機床或設備、多個零件存儲裝(zhuāng)置等(děng)集(jí)成 。
3、也可以是多台機器人、多台機床或設備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執行複雜任(rèn)務的功能單元。
八(bā)、人機交互係統
人(rén)機交互係統是使操作人員(yuán)參與機器人控製(zhì)並與機器人進行聯係的裝置。 該係統歸納(nà)起來分為兩大類: 指令給定裝置和信息顯示裝置。