工业机器人球坐标型机械臂结构设计 论文正文 - 图文(3)

图2 直角坐标型机械臂

（2）圆柱坐标型机械臂

其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。

图3 圆柱坐标型机械臂

（3）球坐标型工业机器人

又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP,一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。

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图4 球坐标型机械臂

（4）多关节型工业机器人

又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。

图5 多关节型机械臂

（5）平面关节型工业机器人

它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。这种形式的工业机器人又称（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)装配机器人。在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业的插接、装配中应用广泛。

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图6 平面关节型机械臂

通过对常用配置方式（常规坐标型）的机器人的运动分析可看到以下两点：（1）基本动作可分解为体升降、比伸缩、体旋转、臂旋转、腕旋转等；（2）基本运动形式可分为直线运动和旋转运动两类。这启发我们自设计机器人时，可充分利用能够实现直线运动和旋转运动的通用部件（气、液、电等）来进行功能组合，也就是说可以经过合适选择的通用部件作为模块来进行集成。这些部件可以作为一个独立的基本模块，也可以将几个部件组合为一个复合模块。显然，配置方式应根据产品最终实现的功能要求来确定，同样，模块的分解也是基于产品应满足的功能要求下的模块分解。 4. 按机器人运动控制方式分类

(1)点位控制(PTP)机器人就是由点到点的控制方式，这种控制方式只能在目标点处准确控制机器人末端执行器的位置和姿态，完成预定的操作要求。目前应用的工业机器人中，很多是属于点位控制方式的，如上下料搬运机器人、点焊机器人等。

(2)连续轨迹控制(CP)机器人机器人的各关节同时作受控运动，准确控制机器人末端执行器按预定的轨迹和速度运动，并能控制末端执行器沿曲线轨迹上各点的姿态。弧焊、喷漆和检测机器人等均属连续轨迹控制方式。

5.按驱动方式分类

按驱动方式可分为液压驱动式、气动式、电力驱动式(这是目前用得最多的一类)。 6.根据机器人的功能水平和技术的先进程度按“代”分类

(1)第一代机器人其特点是采用开关量控制，示教再现控制或数字控制，其作业路径和运动参数需通过示教或编程给定。60年代以来，工业中实际应用的绝大多数工业机器人都属于第一代机器人，它包括可编程序(用于上下料)的工业机器人，具有记忆装置的示教再现型机器人，数控型搬运机器人等。

(2)第二代机器人是70年代开始出现的，其技术特点是采用计算机直接控制，是通过具有视觉、触觉的摄像机和传感器，能“感觉”外界信息并通过计算机进行计算和

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分析 自动 地控制操作机进行运动和操作，因此，其控制方式较第一代机器人要复杂得多，目前这类机器人已开始在工业生产、排险救灾等场合应用，并将进入普及阶段。

(3)第三代机器人即智能机器人。这是国内外正在积极研究，开发的高级机器人，其主要特点是具有人工智能。包括: 模式识别能力、规划决策能力、知识库、专家系统、人机交互能力等。这一类机器人目前正在研究开发之中【9】。

1.4 机器人的应用与发展

1.4.1 机器人的应用

在发达国家，机器人己广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。产业部门应用最多的当推汽车工业和电子工业，在金属加工、塑料成型、机械制造等行业也有普遍应用，并逐渐向纤维加工、食品工业、家用产品制造等行业发展。

焊接作业包括点焊和弧焊，是机器人用得最多的作业之一。传统的点焊机虽然可以减轻人的劳动强度，焊接质量也较好，但它适宜少品种大批量的生产环境，其夹具和焊枪位置不能随零件的改变而变化，而点焊机器人可通过重新编程来调整空间点位，满足不同零件的需要，故特别适宜于小批量多品种的生产环境。弧焊作业由于其焊缝多为空间复杂曲线，故多由人工完成，连续轨迹控制的机器人可以胜任此任务，故广泛用于各种复杂结构和容器的焊接。Unimate, Motoman, ASEA等都是典型的焊接机器人。

它们忠于职守，能够准确地执行人类的指令，从这一点讲，机器人实在是人类最忠实的仆人。教给它们什么样的动作，它们就不厌其烦地做上成百上千次。如果需要叫它们执行新的任务，只需要重新教它们一遍就行了。重新教授的内容通过另外一套程序来实现。通常一个机器人可以保存成百种不同作业和不同动作套路的程序，可以十分方便地随主人之意调用和更换花样。这种忠实的仆人具有“一次示教，终身难忘”的特点，动作准确、可靠、分毫不差。它们在军事工业和生产领域中大有作为。在爆炸品和危险物生产线上，它们可以代替人工作，且不知疲倦，连续工作。它们动作准确、可靠，即使加工成千上万发炮弹，也下会碰到底火引起爆炸事故。

工业机器人真可谓称得上是新一代的“蓝领工人”。减少了工人的危险程度，做到了一些人不能做到的任务。它必将是今后发展的重中之重。未来人们的许多任务都将有机器人代为完成。

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图7 柔性机械臂的模型

喷漆作业由于环境恶劣，国外大量使用了机器人，挪威生产的Trallfa机器人是目前世界上用得最多的喷漆机器人，该机器人为关节式，6自由度，电液或全电动伺服驱动，采用示教再现方式，既可实行点位控制，也可实行连续轨迹控制。

搬运物料的作业包括为机床上下料，为自动生产线转运工件，搬运机器人和数控机床一起组成柔性加工系统，一条柔性生产线可配置几台至十几台搬运机器人，典型的搬运机器人是T3和Funac机器人。

机器人用于装配作业是随着视觉系统的发展而发展起来的，电子工业用得最多，主要用在电路板的装配上，还有电动机、发动机部件、阀门等产品的装配。PUMA机器人是一种典型的装配机器人，有6个自由度，关节式，直流伺服电机驱动，微机控制点位或连续轨迹，用VAL语言示教编程，其手腕机构具有顺应性，可克服装配中的误差。

国外的航空航天工业中应用机器人也十分广泛，如铆接装配作业就大量使用了机器人，此外如电气插头的装配，发动机风扇外壳和高压涡轮的焊接，飞机座舱盖和风挡钻孔作业，飞机机身和垂直尾翼钻孔，都采用了机器人。某些飞机机身 …… 此处隐藏：1370字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……