工业机器人的参数

　一、工业机器人主要技术参数

 

选用什么样的工业机器人，要了解机器人的主要技术参数，然后根据生产和工艺的实际要求，通过机器人的技术参数来选择机器人的机械结构、坐标形式和传动装置等。

 

机器人的技术参数反映了机器人的适用范围和工作性能，主要包括自由度、额定负载、工作空间、工作精度。其他参数还有工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、动力源容量、本体质量、环境参数等。

1、自由度

 

自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。

 

空间直角坐标系又称笛卡尔直角坐标系，它是以空间一点O为原点，建立三条两两相互垂直的数轴，即x轴、y轴和z轴，且三个轴的正方向符合右手规则，如图1.10所示，即右手大拇指指向z轴正方向，食指指向x轴正方向，中指指向y轴正方向。

 

在三维空间中描述一个物体的位姿（即位置和姿态）需要6个自由度，如图1.11所示。

 

沿空间直角坐标系O-xyz的x、y、z三个轴的平移运动Tx、Ty、Tz；

绕空间直角坐标系O-xyz的x、y、z三个轴的旋转运动Rx、Ry、Rz。

机器人的自由度是指工业机器人相对坐标系能够进行独立运动的数目，不包括末端执行器的动作，如焊接、喷涂等。通常，垂直多关节机器人以6自由度为主，SCARA机器人是4自由度，如图1.12所示。

 

机器人的自由度反映机器人动作的灵活性，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越好；自由度越多，结构就越复杂，对机器人的整体要求就越高。，工业机器人的自由度是根据其用途设计的。

采用空间开链连杆机构的机器人，因每个关节运动副仅有一个自由度，所以机器人的自由度数就等于它的关节数。

 

2、额定负载

 

额定负载也称有效负荷，是指正常作业条件下，工业机器人在规定性能范围内，手腕末端所能承受的最大载荷。

 

目前使用的工业机器人负载范围较大，一般为0.5～2300kg，见表1.1。

 

额定负载通常用载荷图表示，如图1.13所示。

 

在图1.13中“纵轴Z（cm）”表示负载重心与连接法兰端面的距离。“横轴X、Y（cm）”表示负载重心在连接法兰所处平面上的投影与连接法兰中心的距离。图中负载重心落在2kg载荷线上，表示此时负载质量不能超过2kg。

3、工作空间

 

工作空间又称工作范围、工作行程，是指工业机器人作业时，手腕参考中心（即手腕旋转中心）所能到达的空间区域，不包括手部本身所能达到的区域，常用图形表示，如图1.14所示，P点为手腕参考中心。

工作空间的形状和大小反映了机器人工作能力的大小，它不仅与机器人各连杆的尺寸有关，还与机器人的总体结构有关，工业机器人在作业时可能会因存在手部不能到达的作业死区而不能完成规定任务。

 

由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作范围一般是指不安装末端执行器时，可以达到的区域。

 

注意在装上末端执行器后，需要保证工具姿态，实际的可达空间会和生产商给出的有差距，需要通过比例作图或模型核算，来判断是否满足实际需求。

4、工作精度

 

工业机器人的工作精度包括定位精度和重复定位精度。

 

定位精度又称绝对精度，是指机器人的末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差距。

 

重复定位精度简称重复精度，是指在相同的运动位置命令下，机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的能力，以实际位置值的分散程度来表示。

 

实际上机器人重复执行某位置给定指令时，它每次走过的距离并不相同，都是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，变化的幅值代表重复精度，如图1.15和图1.16所示。

 

机器人具有绝对精度低、重复精度高的特点。常见工业机器人的重复定位精度见表1.2。

二、工业机器人应用

 

工业机器人可以替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，还可以替代人完成繁重、单调的重复劳动，可提高劳动生产率，保证产品质量，主要用于汽车、3C产品、医疗、食品、通用机械制造、金属加工、船舶等领域，用以完成搬运、焊接、喷涂、装配、码垛和打磨等复杂作业。

工业机器人与数控加工中心、自动引导车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。

1、搬运

搬运作业是指用一种设备握持工件，从一个加工位置移动到另一个加工位置。

 

搬运机器人可安装不同的末端执行器（如机械手爪、真空吸盘等）以完成各种不同形状和状态的工件搬运，大大减轻了人类繁重的体力劳动。通过编程控制，还可配合各个工序的不同设备实现流水线作业。

 

搬运机器人广泛应用于机床上下料、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等自动搬运，如图1.17所示。

2、焊接

 

目前工业应用领域最大的是机器人焊接，如工程机械、汽车制造、电力建设等，焊接机器人能在恶劣的环境下连续工作并能提供稳定的焊接质量，提高工作效率，减轻工人的劳动强度。

采用机器人焊接是焊接自动化的革命性进步，突破了焊接专机的传统方式，如图1.18所示。

3、喷涂

 

喷涂机器人适用于生产量大、产品型号多、表面形状不规则的工件外表面涂装，广泛应用于汽车、汽车零配件、铁路、家电、建材和机械等行业，如图1.19所示。

4、装配

 

装配是一个比较复杂的作业过程，不仅要检测装配过程中的误差，而且要试图纠正这种误差。

装配机器人是柔性自动化系统的核心设备，末端执行器种类多以适应不同的装配对象；传感系统用于获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。

装配机器人主要应用于各种电器的制造业及流水线产品的组装作业，具有高效、精确、持续工作的特点，如图1.20所示。

5、码垛

 

码垛机器人是机电一体化高新技术产品，如图1.21所示，它可满足中低产量的生产需要，也可按照要求的编组方式和层数，完成对料袋、箱体等各种产品的码垛。

 

使用码垛机器人能提高企业的生产效率和产量，减少人工搬运造成的错误，还可以全天候作业，节约大量人力资源成本。码垛机器人广泛应用于化工、饮料、食品、啤酒和塑料等生产企业。

6、涂胶

 

涂胶机器人一般由机器人本体和专用涂胶设备组成，如图1.22所示。

 

涂胶机器人既能独立实行半自动涂胶，又能配合专用生产线实现全自动涂胶。它具有设备柔性高、做工精细、质量好、适用能力强等特点，可以完成复杂的三维立体空间的涂胶工作。

工作台可安装激光传感器进行精密定位，提高产品生产质量，使用光栅传感器确保工人生产安全。

7、打磨

 

打磨机器人是指可进行自动打磨的工业机器人，主要用于工件的表面打磨、棱角去毛刺、焊缝打磨、内腔内孔去毛刺、孔口螺纹口加工等工作，如图1.23所示。

 

打磨机器人广泛应用于 3C、卫浴五金、IT、汽车零部件、工业零件、医疗器械、木材、

建材、家具制造和民用产品等行业。