中国国际工业装配及传输技术设备展览会/中国国际智能工厂及自动化技术展览会
2024.08.01-03 北京·中国国际展览中心(顺义馆)
将机械结构作为划分标准,可以将工业机器人分为并联机器人以及串联机器人两大类。串联机器人使用串联机械机构,配置电机与减速器进行驱动,将旋转关节作为驱动力作用点,在单个轴运行过程中并不会对其他轴坐标原点造成影响;并联机器人的机械结构则由 2 个及以上独立的运动链加以连接,结构具有 2 个及以上的自由度,以并联方式驱动。
相比较而言,串联机器人的位置正解操作较为简单,但位置反解较为困难;而并联机器人的反解简单但正解困难,具有微动精度高、刚度大、运动负荷小等优势 。
液压驱动方式主要被用于早期研制的工业机器人,其具有低速不稳定、容易泄压、产生运行噪声等缺点,且功率单位换算复杂,当前仅在少量大型重载工业机器人和并联加工机器人中得以应用,如我国青岛华东工程机械公司研制的全液压重载机器人。为突破液压驱动方式的应用局限性, 四足机器人中,选择在结构中设置 1 个变量活塞泵,在发动机驱动下对 16 个液压执行器输出油压,将系统油路并联的 16 个子液压执行器响应频率控制在 500Hz,以此满足机器人关节快速定位需求,并配置高密度驱动装置和高性能伺服装置,维持机器人力和扭矩的平稳输出,从而克服冲击荷载、机械部位形变对机器人造成的影响 。
对于驱动方式,不同电机种类的适用范围有所不同。例如,直流伺服电机主要被用于高精度要求的工业机器人配置,采取闭环控制方式;直线电机被用于超高速或超低速的工业机器人,具有高加速度、无空回、结构简单、磨损小的优势,且主要被用于并联机器人中,有效满足了并联机器人的直线驱动需求。
与液压驱动和电机驱动方式相比,气压驱动有着维修简单、驱动速度快、成本低廉的优势。但从工业机器人实际运行情况来看,气压系统的工作压强有待提升,机器人难以在短时间内做到精准定位,致使气压驱动方式的应用范围较为单一,主要被用作机器人某端执行器的驱动方式,负责开展中小负荷工件抓取等简单工作。
在工业机器人整体结构中,感知系统负责对其所处环境情况和内部状态进行感知,将所采集的现场信号转换为可识别的数字信号并进行分析处理,生成具体的参数信息,如相关机械量、力矩、位移量、加速度等。从技术研发情况来看,多数工业机器人均采取视觉伺服技术,基于图像或是其所处位置的视觉伺服,将视觉信号作为反馈信号,全面感知机器人内部状态与外部环境,根据感知情况调整工业机器人的姿态及位置。例如,在工业机器人中搭载摄像机,在所获取图像资料的基础上采集有效的感知参数,确定末端执行器姿态和位置间的映射关系,将位置姿态误差值作为决策依据,机器人持续计算三维位置姿态信息,调整各关节姿态参数和位置,实现末端控制器的闭环控制。
工业机器人运动规划系统的作用在于,根据已知信息与现场情况合理规划机器人的运动路径,保证运动路径和各类障碍物间的安全间距,在轨迹规划中添加时间序列信息,将加速度平方相对于运动时间的积分作为目标函数,确保工业机器人可以在预定时间内完成作业任务,且各关节运动光滑。目前,大部分工业机器人均采取示教技术进行运动规划,工作人员在操作空间内进行示教展示,并对示教结果进行记录。如此,机器人在运行期间可以直接从数据库中调取示结果,按顺序开展对应动作即可。