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工业机器人的主要部件构成
DANBACH ROBOT


随着中国制造业转型步伐的加快,机器人的使用越来越频繁,作为工厂里的技术工程师必需了解机器人的相关技术,那么通用机器人由什么部件组成呢?
机器人作为一个系统,它由如下部件构成:

机械手或移动车:这是机器人的主体部分,由连杆,活动关节以及其它结构部件构成,使机器人达到空间的某一位置。如果没有其它部件,仅机械手本身并不是机器人。
末端执行器:连接在机械手最后一个关节上的部件,它一般用来抓取物体,与其他机构连接并执行需要的任务。机器人制造上一般不设计或出售末端执行器,多数情况下,他们只提供一个简单的抓持器。末端执行器安装在机器人上以完成给定环境中的任务,如焊接,喷漆,涂胶以及零件装卸等就是少数几个可能需要机器人来完成的任务。通常,末端执行器的动作由机器人控制器直接控制,或将机器人控制器的信号传至末端执行器自身的控制装置(如PLC)。

驱动器:驱动器是机械手的“肌肉”。常见的驱动器有伺服电机,步进电机,气缸及液压缸等,也还有一些用于某些特殊场合的新型驱动器,它们将在第6章进行讨论。驱动器受控制器的控制。

传感器:传感器用来收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行通信。机器人控制器需要知道每个连杆的位置才能知道机器人的总体构型。人即使在完全黑暗中也会知道胳膊和腿在哪里,这是因为肌腱内的中枢神经系统中的神经传感器将信息反馈给了人的大脑。大脑利用这些信息来测定肌肉伸缩程度进而确定胳膊和腿的状态。对于机器人,集成在机器人内的传感器将每一个关节和连杆的信息发送给控制器,于是控制器就能决定机器人的构型。机器人常配有许多外部传感器,例如视觉系统,触觉传感器,语言合成器等,以使机器人能与外界进行通信。

控制器:机器人控制器从计算机获取数据,控制驱动器的动作,并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。假如要机器人从箱柜里取出一个零件,它的第一个关节角度必须为35°,如果第一关节尚未达到这一角度,控制器就会发出一个信号到驱动器(输送电流到电动机),使驱动器运动,然后通过关节上的反馈传感器(电位器或编码器等)测量关节角度的变化,当关节达到预定角度时,停止发送控制信号。对于更复杂的机器人,机器人的运动速度和力也由控制器控制。机器人控制器与人的小脑十分相似,虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大,但它却控制着人的运动。

处理器:处理器是机器人的大脑,用来计算机器人关节的运动,确定每个关节应移动多少和多远才能达到预定的速度和位置,并且监督控制器与传感器协调动作。处理器通常就是一台计算机(专用)。它也需要拥有操作系统,程序和像监视器那样的外部设备等。

软件:用于机器人的软件大致有三块。第一块是操作系统,用来操作计算机。第二块是机器人软件,它根据机器人运动方程计算每一个关节的动作,然后将这些信息传送到控制器,这种软件有多种级别,从机器语言到现代机器人使用的高级语言不等。第三块是例行程序集合和应用程序,它们是为了使用机器人外部设备而开发的(例如视觉通用程序),或者是为了执行特定任务而开发的。

机器人在其工作区域内可以达到的最大距离。器人可按任意的姿态达到其工作区域内的许多点(这些点称为灵巧点)。然而,对于其他一些接近于机器人运动范围的极限线,则不能任意指定其姿态(这些点称为非灵巧点)。说明:运动范围是机器人关节长度和其构型的函数。

精度:精度是指机器人到达指定点的精确程度说明:它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。大多数工业机器人具有0.001英寸或更高的精度。

重复精度:重复精度是指如果动作重复多次,机器人到达同样位置的精确程度。举例:假设驱动机器人到达同一点100次,由于许多因素会影响机器人的位置精度,机器人不可能每次都能准确地到达同一点,但应在以该点为圆心的一个圆区范围内。该圆的半径是由一系列重复动作形成的,这个半径即为重复精度。说明:重复精度比精度更为重要,如果一个机器人定位不够精确,通常会显示一固定的误差,这个误差是可以预测的,因此可以通过编程予以校正。举例:假设一个机器人总是向右偏离0.01mm,那么可以规定所有的位置点都向左偏移0.01mm英寸,这样就消除了偏差。

说明:如果误差是随机的,那它就无法预测,因此也就无法消除。重负精度限定了这种随机误差的范围,通常通过一定次数地重复运行机器人来测定。

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