工业机器人的7个基础知识你了解吗？

发布时间:

2023-05-22

想学习机器人技术？那么我们先来一起搞清楚这7个基础的工业机器人定义吧！

目前，工业机器人的使用越来越多，技术也越看越先进。随着行业的不断发展，对人才的需求量越来越大。现在入行智能制造，一般都可以获得不错的薪资和上升空间。

想学习机器人技术？那么我们先来一起搞清楚这7个基础的工业机器人定义吧！

机器人的定义和特点

定义：机器人是指具有较多自由度，在三维空间中能够实现多种拟人动作和功能的机械装置。而工业机器人则是应用于工业生产领域的机器人。

特点：

可编程性：工业机器人具备可编程性，可以通过编写和修改程序来实现不同的任务和动作。这种灵活性使得机器人能够适应不同的生产需求和工艺流程。

拟人化：工业机器人的设计和运动模式通常模仿人类的动作，例如臂部和手部的运动方式。这种拟人化的特点使得机器人在与人类工作环境交互时更加协调和高效。

通用性：工业机器人具备一定的通用性，能够适应不同的生产场景和任务需求。通过更换末端执行器、调整程序和参数等方式，机器人可以实现不同的操作和功能，提高生产的灵活性和多样性。

机电一体化：工业机器人的机械结构和电子控制系统紧密集成在一起，实现了机电一体化。这种一体化设计使得机器人的运动控制更加精准和稳定，提高了工作效率和可靠性。

主要数据参数

自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力。

机器人子系统及其作用

驱动系统：驱动系统是机器人运动的传动装置，它通过提供动力和转动力矩来使机器人实现各种运动和操作。

机械结构系统：机械结构系统由机身、手臂和末端操作器等组件组成，构成一个具有多自由度的机械系统。这些组件的协调运动使机器人能够执行各种复杂的任务和动作。

感知系统：感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用于获取机器人内部和外部环境状态的信息。这些传感器能够提供位置、力量、视觉、触觉等方面的数据，使机器人能够感知和理解周围环境。

机器人-环境交互系统：这个系统实现了工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调。通过与周围设备的通信和数据交换，机器人可以与生产线上的其他机器、传送带、传感器等设备进行协同工作，提高生产效率和自动化水平。

人-机交互系统：人-机交互系统是操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置。通过人机界面，操作人员可以向机器人发送指令、监控机器人状态并与其进行交互，实现人机协作和共同工作的目标。

控制系统：控制系统根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构完成规定的运动和功能。控制系统是机器人的大脑，负责协调各个部件的运作，确保机器人按照预定任务顺利执行。

机器人自由度

自由度是指机器人在空间中独立运动的坐标轴数量，通常不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。其中，位置操作需要三个自由度（腰、肩、肘），姿态操作需要三个自由度（俯仰、偏航、侧滚）。然而，工业机器人的自由度是根据其特定的应用需求进行设计的，可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。

工业机器人的自由度通常是根据其需要执行的任务和操作范围而确定的。例如，某些任务可能只需要机器人在特定平面内进行移动和操作，因此可能只需要三个自由度。而在其他应用中，机器人可能需要更多的自由度，以便在三维空间内完成更复杂的动作和操作。

此外，机器人的自由度数量也受到设计和成本的考虑。增加自由度可能会增加机器人的复杂性和成本。因此，在设计工业机器人时，需要权衡任务需求、成本效益和性能要求，确定最适合的自由度数量。

机身和臂部

机身是支承臂部的组件，通常用于实现升降、回转和俯仰等运动。在机身的设计中需要考虑以下要点：

刚度和稳定性：机身需要具备足够的刚度和稳定性，以确保机器人在运动过程中不发生过大的变形或震动。

运动灵活性：机身的运动应具备灵活性，特别是升降运动的导套长度不宜过短，以避免卡死现象的发生。通常需要配备导向装置来确保平稳的运动。

结构布置合理性：机身在承受腕部、手部和工件的静态和动态载荷时，尤其在高速运动时，会产生较大的惯性力，可能引起冲击，从而影响定位的准确性。因此，机身的结构布置需要合理考虑，以满足静动载荷的要求。

在臂部的设计中，需要注意以下要点：

高刚度要求：臂部需要具备较高的刚度，以保证在运动过程中不产生过大的变形，确保精准的定位。

导向性良好：臂部的导向性能关系到机器人运动的平稳性和精度，因此需要设计良好的导向系统。

重量轻：臂部的重量应尽量轻，以减少对机器人整体重量和运动灵活性的影响。

运动平稳性和定位精度：臂部的运动应平稳，同时需要具备高精度的定位能力，以确保机器人的操作准确性。

在其他传动系统的设计中，应尽量简短，以提高传动精度和效率。各部件的布置应合理，方便操作和维护。在特殊环境下，需要考虑特殊因素的影响，例如在高温环境中需考虑热辐射问题，在腐蚀性环境中需考虑防腐蚀措施，在危险环境中需考虑防爆问题。

手部

机器人手部的作用是用于握持工件或工具的部件，也被称为末端操作器。以下是关于机器人手部的特点：

独立部件：手部是机器人的一个独立组件，它可以根据具体的应用需求进行选择和更换。

多样性：机器人手部并不一定与人类手部的结构相同。它可以具有手指，也可以没有手指；可以有手爪，也可以是专用工具。手部的设计取决于机器人需要处理的工件类型和操作要求。

可拆卸连接：手部与机器人手腕相连的部分通常是可拆卸的，这样可以方便地更换手部或适配不同类型的末端操作器。

通用性较差：相对于其他机器人部件，手部的通用性较差。由于不同应用需要不同的手部设计，手部往往是根据具体的工作任务和工件特性进行定制的。

伺服电机和步进电机性能区别

控制精度不同：伺服电机通过旋转编码器提供反馈信息，实现更高的控制精度，而步进电机的控制精度相对较低。

低频特性不同：伺服电机在低速运行时表现稳定，几乎没有振动现象，而步进电机在低速时可能会出现振动。

过载能力不同：步进电机的过载能力有限，当负载超过其额定能力时容易失步，而伺服电机具有较强的过载能力，能够应对大部分负载情况。

运行性能不同：步进电机采用开环控制，不具备位置反馈机制，而交流伺服电机采用闭环控制，能够实现更精确的位置和速度控制。

速度响应性能不同：交流伺服电机具有较好的加速性能，能够快速响应变化的速度指令，而步进电机的加速性能相对较低。

总的来说，伺服电机相对于步进电机具有更高的控制精度、稳定性和过载能力，适用于对运动精度要求较高、负载较大的应用场景。步进电机则适用于对成本要求较低、控制要求相对简单的应用场景。选择合适的电机类型应根据具体的应用需求和性能要求来决定。

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