科普---工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)大全(一)
1.主體
主體機(jī)械即機(jī)座和實(shí)行機(jī)構(gòu)，包括大臂、小臂、腕部和手部，構(gòu)成的多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。有的機(jī)器人另有行走機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人有6個(gè)自由度乃至更多腕部通常有1～3個(gè)活動(dòng)自由度。
2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。依據(jù)需求也可由這三種范例組合并復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；蛘咄ㄟ^同步帶、輪系、齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來間接驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以實(shí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作，這三類根本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有特點(diǎn)，現(xiàn)在主流的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器(交換變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器)的普遍接納。這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，運(yùn)用方便，控制靈敏。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精細(xì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：減速器。其齒運(yùn)用齒輪的速率轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的反轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的反轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，添加轉(zhuǎn)矩,當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，一味提升伺服電機(jī)的功率是很不劃算的，能夠在適宜的速率范疇內(nèi)通過減速器來進(jìn)步輸出扭矩。伺服電機(jī)在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動(dòng)，長時(shí)間和重復(fù)性的工作不利于確保其準(zhǔn)確性、牢靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。精細(xì)減速電機(jī)的存在使伺服電機(jī)在一個(gè)適宜的速率下運(yùn)轉(zhuǎn)，加強(qiáng)機(jī)器體剛性的同時(shí)輸出更大的力矩。如今主流的減速器有兩種：諧波減速器和RV減速
3.控制系統(tǒng)
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功用和功能的主要要素？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)行機(jī)構(gòu)收回指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)便是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的活動(dòng)范圍、姿勢和軌跡、動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡單、軟件菜單操縱、友好的人機(jī)交互界面、在線操縱提示和運(yùn)用方便等特點(diǎn)。
控制器系統(tǒng)是機(jī)器人的中心，外國有關(guān)公司對我國實(shí)驗(yàn)緊密封閉。連年來隨著微電子技術(shù)的開展，微處置器的功能越來越高，而價(jià)錢則越來越便宜，現(xiàn)在市集上曾經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處置器。高性價(jià)比的微處置器為機(jī)器人控制器帶來了新的開展機(jī)會(huì)，使開辟低本錢、高功能的機(jī)器人控制器成為可能。為了使系統(tǒng)具有充足的運(yùn)算與存儲(chǔ)能力，現(xiàn)在機(jī)器人控制器多接納較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片構(gòu)成。
由于已有的通用芯片功用及功能上不可以完全滿足有些機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)錢、功能、集成度和接口等方面的要求，這就萌生了機(jī)器人系統(tǒng)對SoC（Systemon Chip）技能的需求，將特定的處置器與所需求的接口集成在一同，可簡化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)尺寸，并低低成本。比方，Actel公司將NEOS或ARM7的處置器內(nèi)核集成在其FPGA產(chǎn)品上，構(gòu)成了一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。在機(jī)器人技術(shù)控制器方面，其研討主要會(huì)合在美國和日本，并有成熟的成品，如美國DELTATAU公司、日本朋立株式會(huì)社等。其運(yùn)動(dòng)控制器以DSP技術(shù)為核心，采用基于PC的開放式結(jié)構(gòu)。
4.感知系統(tǒng)
它是內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊的構(gòu)成，獲取內(nèi)部和外部的環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。
內(nèi)部傳感器：用來檢測機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間的角度）的傳感器，多為檢測位置和角度的傳感器。具體有：位置傳感器、位置傳感器、角度傳感器等。
外部傳感器：用來檢測機(jī)器人所處環(huán)境（如檢測物體，距離物體的距離）及狀況（如檢測抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有距離傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器等。
智能傳感系統(tǒng)的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性，實(shí)用性和智能化的標(biāo)準(zhǔn)，人類的感知系統(tǒng)對外部世界信息是機(jī)器人靈巧的，然而，對于一些特許的信息，傳感器比人的系統(tǒng)更加有效。
5.末端執(zhí)行器
末端執(zhí)行器連接在機(jī)械手最后一個(gè)關(guān)節(jié)上的部件，它一般用來抓取物體，與其他機(jī)構(gòu)連接并執(zhí)行需要的任務(wù)。機(jī)器人制造上一般不設(shè)計(jì)或出售末端執(zhí)行器，多數(shù)情況下，他們只提供一個(gè)簡單的抓持器。通常末端執(zhí)行器安裝在機(jī)器人6軸的法蘭盤上以完成給定環(huán)境中的任務(wù)，如焊接，噴漆，涂膠以及零件裝卸等就是需要機(jī)器人來完成的任務(wù)。
伺服電機(jī)的概述
伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。
一、伺服電機(jī)的分類
分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，交流伺服電動(dòng)機(jī)又分為異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)，目前交流系統(tǒng)正在逐漸代替直流系統(tǒng)。與直流系統(tǒng)相比，交流伺服電機(jī)具有高可靠性、散熱好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能工作于高壓狀態(tài)下等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊o電刷和轉(zhuǎn)向器，故交流私服系統(tǒng)也成為無刷伺服系統(tǒng)，用于其中的電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)的籠型異步電機(jī)和永磁同步型電機(jī)。
1）直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)
①有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對使用環(huán)境有要求，通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合；
②無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境。
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