各式各样机器人的特点及应用领域概要

2023-07-17 07:38:32

　　各式各样机器人的特点及专业领域概要

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　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人行业典型研讨会

　　机器人的表述布佐克类

机器人按ISO 8373表述为：边线能固定或终端，能够实现自动控制、可多次重复程式设计、多功能多用处、尾端操作器的边线要在3个或3个以上分量内可程式设计的工业自动化设备。这里分量就是指可体育运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及程式设计坐标系主要分类为下肢型机器人、终端机器人、水底机器人和座标机器人等。按主要功能特征及专业领域分为终端机器人、水底机器人、清洁机器人、座标机器人、冲压机器人、术后机器人和民用机器人等。机器人学牵涉到机器人结构，机器人听觉，机器人体育运动规划，机器人感应器，机器人通讯和人工智能等许多方面，相同用处的机器人牵涉到相同的学科，上面仅对这些机器人的结构和专业领域进行简单介绍：

　　下肢型机器人

　　下肢型机器人的结构类同人的手臂，由几个勒维冈县，转动轴和Daye等6~7个分量组成。制造厂家主要有瑞典Manutec公司，瑞典KUKA，瑞典REIS,日本Motorman,日本Yaskawa和沈阳新松等。下肢型机器人的勒维冈县和转动轴主要用伺服电机配几乎没有反向间隙的精密减速机或直驱力矩电机驱动，而其控制系统其技术难度也很大。各厂家的下肢型机器人其结构类同，主要差别在技术参数,上面以瑞典Manutec公司的下肢型机器人为例介绍。

Manutec公司型号为r15-30的下肢机器人，额定阻抗30千克，最大可达到 75 千克，组织工作直径1.3 米，多次重复功能定位精度小于0.04 mm ，极线的最大运行速度高达 5.9 m/s，加速度高达23 m/s2和组织工作寿命20 年。能坐立式加装，能是掉框形加装，也能与水平线小于30度角的截叶加装，不影响其各项技术指标。r15能选装防爆式的，也能选装一级清洁式等。

　　r15-30主要特点是强度大连续性好和多次重复功能定位精度高，主要专业领域领域是其他厂家的下肢型机器人由于连续性和精度不够无法专业领域的领域，而用 5 轴加工中心成本太高或无法胜任的组织工作。如磨齿，丧尸铣床，壳（腔）内部铣床，磨，抛，切割和冲压等。

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　　在Daye尾端能配力感应器，来加工丧尸表面（如铣床，磨和抛）。两个机器人也能与双组织工作台及各式各样的双转轴协同并行体育运动。也能是两个机器人协同并行组织工作，如两台机器人抓取钻孔，以致两台机器人对该钻孔进行加工，两台机器人并行协同顺利完成某一的加工轨迹。

　　其他厂家的下肢机器人主要专业领域在汽车冲压和装配等任务中。下肢型机器人的优点是能从相同角度相同方位来组织工作，速度快，组织工作效率高。但主要缺点是组织工作直径小，阻抗小，价格高，专业领域技术难度大和维护费用高。

作为下肢机器人的简化型机器人SCARA就是两个转动轴和两个每边体育运动轴，其特点是简单，经济，适合组织工作空间小，阻抗小、高速搬运。但它的价位高于座标机器人，专业领域行业和数量非常小。

　　特种机器人

终端机器人就是能独立自主终端或每边楼梯的电动汽车，主要用于制造当晚货物的独立自主货物运输和排危工作台，或进入有污染和放射的环境内取样及监视等。还有许多终端机器人就是仿造许多动物，用腿和爪骑行路的骑行机器人，如美国的民用狗，还处于适用阶段。水底机器人与潜艇能独立自主潜入水底顺利完成对海上钻井平台的水底建筑、发电站的水底闸门、海底打捞等工程的录像和监视。清洁式机器人主要是穿上防护服的下肢型机器人，使其自身有良好的密封性，不把污垢带入组织工作当晚，自身也不会产生污垢，他们主要专业领域于电子器件，食品和药品等制造中。国际性对清洁机器人的清洁度有明确的表述。民用机器人主要是小型终端车，遥控飞机或电子狗等，他们顺利完成危险场所的许多工作台，如排雷，布雷，当晚监视，射击摧毁某一目标等。尽管目前服务机器人主要是玩具式的自治电动汽车，在其上面装有听觉和超声等装置使其能在家里无碰撞终端，对相同边线进行照像，用来防盗，检测煤汽泄露，无线发短信和接收指令，货物运输物品等等。但未来服务机器人的功能会不断增强，不断深入到人们日产生活的各方面。还有术后机器人，航天机器人，挤牛奶机器人和核电站专供机器人等专供机器人。

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　　座标机器人

作为在各行各业中最广泛专业领域的座标机器人，它主要是以直线体育运动轴为主，各体育运动轴通常对应座标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平线内运动轴，Z轴是每边体育运动轴。在许多专业领域中Z轴上带有两个转轴，或带有两个转动轴和两个转轴。在绝大多数情况下座标机器人的各直线体育运动轴间的夹角为直角。

　　座标机器人的组成

　　两个典型的座标机器人，它由X轴,Y轴,Z轴及驱动电机组成。此外两个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓，上面分别予以介绍：

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　　直线体育运动轴: 也叫直线体育运动单元，它就是两个独立的体育运动轴，主要由支撑载体的铝型材或钢型材和被加装在型材内部的直线导轨、体育运动滑块以及作为带动滑块做高速体育运动的并行带组成。

　　体育运动轴的驱动系统

座标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动并行带体育运动，并行带带动直线导轨上的滑块体育运动。当驱动轴的最高转速低于600转/分时通常选用步进电机，否则选用交流伺服电机。

　　座标机器人的控制系统

　　机器人要在一定时间内顺利完成某一的任务，比如每10秒内顺利完成一次搬运组织工作。在顺利完成抓取，加速体育运动，高速体育运动，减速体育运动，释放钻孔等同时，还要与相关的设备通过通讯或I/O口实现许多时序上的协同并行。另外在涂胶专业领域上，各体育运动轴要顺利完成直线和圆弧插补体育运动。因此其数控系统要按具体专业领域要求来选定其控制轴数、I/O口数量和软件功能。通常选用数控系统，PLC，工控机加体育运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机来做控制系统。

　　座标机器人的尾端操作器——Daye系统

根据其具体专业领域情况，其Daye系统可能是气动吸盘、气动夹取Daye、电动夹取Daye、电磁吸取Daye、焊、胶、专供工具和检测仪器等。在很多场合能一次抓取多个钻孔。

　　很多厂家已开发出许多标准的直线体育运动单元及其组合，上面结合瑞典百格拉公司的产品来介绍座标机器人的技术数据及专业领域。

　　龙门轴直线体育运动单元

　　直线体育运动单元和驱动电机固定不动，而滑块体育运动，主要用于水平线和垂直面上长距离体育运动。有标准化产品PAS41，PAS42，PAS43和PAS44。对应的横截面尺寸是40*40 mm，60*60mm，80*80 mm和110*110mm，单根标准长度是6000 mm、阻抗是10~200千克、多次重复功能定位精度0.05mm、最高运行速度8米/秒，加速度是每秒4米。

抓取轴直线体育运动单元

　　驱动电机和滑块固定在一平面上，直线体育运动单元本体体育运动，其导轨标准长度可达2400 mm。主要以垂直或水平进入组织工作空间，用于货物的抓取和搬运等。其标准化产品有LM-A001到LM-A808等，对应的尺寸是40*40 mm，60*60mm，80*80 mm到110*110mm，单根最大长度是3000 mm、阻抗是2~100千克、多次重复功能定位精度0.05mm、最高运行速度8米/秒，加速度是每秒4米。

　　各式各样结构形式的2D和3D座标机器人

利用标准的龙门式和抓取轴直线体育运动单元瑞典百格拉公司在过去的20多年中成功组合成了数百种结构形式，相同行程和阻抗能力，相同加装方式的机器人。其中针对相同专业领域要求还采取了多种加强形式来保证其强度，提高其变形能力，减少震动和晃动，提高寿命等。其常用的结构形式有龙门式，悬臂式，挂臂式和掉框形等。

　　座标机器人的主要结构形式及主要特点

　　但针对各式各样相同的专业领域，实际上能方便快速组合成相同维数，各式各样行程和相同带载能力的壁框形、悬臂式、龙门式或倒框形等各式各样形式的座标机器人。从简单的二维机器人到复杂的五维机器人就有上百种结构形式的成功专业领域案例。从电机到汽车等各行各业的自动化制造线中，也是各式各样的多台座标机器人和其他设备严格并行协同组织工作。能说座标机器人几乎能胜任所有的工业自动化任务。上面是其主要特点：

◆任意组合成各式各样样式：每根直线体育运动轴最长是6米，其带载能力从10千克到200千克。在实际专业领域中已有近百种结构的座标机器人，这些结构也能任意组合成新的结构等。

　　◆超大行程：因为单根龙门式直线体育运动单元的长度是6米，还能多根方便地级连成超大行程，所以其组织工作空间几乎没有限制，小到手机点胶机，大到18米长行程的切割机，8米长行程钻铣床，6米*6米*3米的检测机器人等。超大行程时要采用直线导轨和齿条传动方式。

　　◆阻抗能力强：单根直线体育运动单元的阻抗通常小于200千克。但当采用双滑块或多滑块连续性联结时阻抗能力能增加5到10倍。当把两根或四根直线体育运动单元并排接起来使用时，其阻抗能增加2到4倍。当采用多根多滑块结构时其阻抗能力可增加到数吨。

◆高动态特性：轻阻抗时其最大运行速度可达到每秒8米，加速度可达到每秒4米。使其具有很高的动态特性，组织工作效率非常高，通常在几秒内顺利完成两个组织工作节拍。

　　◆高精度：按传动方式及配置在整个行程内其多次重复功能定位精度可达到0.05mm~0.01mm。

　　◆扩展能力强：能方便改变结构或通过程式设计来适合新的专业领域。

　　◆简单经济：对比下肢机器人，座标机器人不仅外观直观且构造成本低，程式设计简单类同数控铣床，易培训员工和维修，使其具有非常好的经济性。

　　◆胜任复杂任务：采用带有RTCP功能的五轴或五轴以上数控系统能顺利完成非常复杂的喷涂，喷丸，检测，加工等任务。

　　◆寿命长：座标机器人的寿命一般是10年以上，维护好了可达20年。

◆专业领域范围广：能方便地装配多种形式和尺寸的Daye，能胜任许多常见的组织工作，如冲压、切割，搬运、每边料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。

　　座标机器人的选型和保养

　　选型:

首先要根据阻抗大小，行程，组织工作节拍和组织工作空间的限制来选择机器人的外形结构。选好结构形式后要根据行程和变形量等选择每个轴的形式和型号。大阻抗和高冲击力时能选择由2根或4根体育运动轴组合成两个复合体育运动轴。各体育运动轴间的装配也很关键，不仅要保证其垂直度，更要考虑在各方向有足够的抗冲击力和变形。机器人要在几秒内顺利完成两个体育运动节拍，选择的驱动电机必须有足够的驱动力，通常要比理论计算值高出100%。当阻抗的转动惯量与驱动电机的转动惯量之比大于12时，要选装瑞典纽卡特公司的精密行星减速机。

　　在超高动态和功能定位精度要求很高情况下，能选用直线电机来驱动。但直线电机的加装和防护技术难度大，发热量大，撞击危险性高和控制技术难度高，成本也高，所以要慎用。而其防护技术难度大和发热量大目前在机床行业还是世界性难题。

　　加装

　　机器人在加速和减速时会产生强大的冲击力，而且通常每天要组织工作24小时，所以机器人必须被牢固地加装在支架上。机器人的支架要有足够的抗冲击力，要有地脚，以保证在长期高速高动态体育运动冲击下，没有任何晃动。此外在加装时要保证体育运动轴间的平行度、平面度和垂直度。

　　保养事项

通常机器人的每个体育运动轴在经过一定长度的体育运动后要周期性的通过滑块的注油孔给直线导轨加注润滑油。根据机器人使用环境的相同和组织工作速度相同，其注油的周期也相同。在食品和玻璃切割等行业要选用带防尘带的体育运动轴和缩短注油周期，在有喷水的场合也要缩短注油周期。

　　专业领域和展望

每种机器人都有其特殊性和优势，适用某一的行业或工作台。也有把下肢机器人加装在大的直线体育运动平台上来扩大组织工作区域和顺利完成更多的任务。为了克服座标机器人不易深入细长空间区域内组织工作，瑞典百格拉公司成功组合成了多种结构的悬臂式座标机器人及在座标机器人的Z轴上加上500mm的转动轴和每边升降轴，有时还在Z轴上加上两个勒维冈县和转动轴构成5轴机器人，还把相同结构形式的座标机器人组合成多种集抓取，搬运，处理和最后抓取运走功能于一体的机器人工作中心。在瑞典就有大大小小50多家座标机器人制造企业，他们20多年的努力使得座标机器人比下肢式机器人有更广泛的专业领域。例如在西方发达国家被广泛用来执行冲压、搬运、每边料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、涂胶和切割等一系列组织工作。深受包装机械

　　、印刷机械、汽车工业、食品制造工业、药品制造工业、电子工业、机器制造业和化妆品制造等行业的好评。随着自动化程度、环保要求、卫生规定、制造效率、人员素质和人工费用的提高，座标机器人在中国也必将被各行各业广泛采用。

　　( 文章来源：互联网 )

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