科普---工業(yè)機器人基礎知識大全(二)
下面介紹工業(yè)機器人核心精密零部件：減速器，與通用減速器相比，機器人用減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。減速器行業(yè)，我們不得不提這行業(yè)兩巨頭是Nabtesco（帝人，也叫納博特斯克）和Hamonica Drive（哈默納科），業(yè)界俗稱（RV減速器和諧波減器）。他們幾乎壟斷了全球的機器人用減速器。這兩種減速器都是微米級的加工精度，光這一條在量產階段可靠性高就很難了，更別說幾千轉的高速運轉，而且還要高壽命。目前市面上的大量應用在工業(yè)機器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。
RV減速器：是少齒差嚙合，但相對于諧波減速器，RV減速器通常用的是擺線針輪，RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器，RV減速器的關鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速器具有更高的疲勞強度、剛度和壽命，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長，運動精度會顯著降低，其缺點是重量重，外形尺寸較大。RV減速器用于轉矩大的機器人腿部腰部和肘部三個關節(jié)，負載大的工業(yè)機器人，一二三軸都是用RV減速器。
它較機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。
RV減速器分解圖
諧波減速器：用的也是少齒差嚙合，諧波里的一種關鍵齒輪是柔性的，它需要反復的高速變形，所以它比較脆弱，承載力和壽命都有限。
諧波減速器是諧波傳動裝置的一種，諧波傳動裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括：剛輪、柔輪、和徑向變形的波發(fā)生器三者組成。它是利用柔性齒輪產生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。這種傳動與一般的齒輪傳遞具有本質上的差別，在嚙合理論、集合計算和結構設計方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。所以諧波減速機主用于小型機器人，特點是體積小、重量輕、承載能力大、運動精度高，單級傳動比大。一般用于負載小的工業(yè)機器人或大型機器人末端幾個軸。
諧波減速器分解圖
日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設計到1986年RV減速器研究獲得實質性突破，花了6-7年時間；而國內率先拿出結果的南通振康和恒豐泰花費時間也為6-8年。是不是意味著我國本土企業(yè)就沒什么機會了呢！可喜的是中國企業(yè)布局若干年后，終于取得一些突破。國產主要由南通振康、秦川機床、武漢精華、浙江恒豐泰和浙江雙環(huán)傳動提供。據(jù)說南通振康產量已經突破萬臺，秦川機床生產線已經打通，產量正在逐步上升。秦川機床的是國家進口替代項目，秦川機床9萬套工業(yè)機器人關節(jié)減速器技術改造項目、工業(yè)機器人關節(jié)減速器生產線兩項合計投資3.14億元。
控制系統(tǒng)
機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定機器人功用和功能的主要要素？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和實行機構收回指令信號，并進行控制。下面文章主要介紹機器人控制系統(tǒng)。
1、機器人的控制系統(tǒng)
“控制”的目的是指被控對象會按照者所期望的方式產生行為！翱刂啤钡幕緱l件是了解被控對象的特性。
“實質”是對驅動器輸出力矩的控制。
機器人的控制系統(tǒng)
2、機器人的基本工作原理
工作原理是示教再現(xiàn)；示教也稱導引示教，既是人工導引機器人，一步步按實際需求動作流程操作一遍，機器人在導引過程中自動記憶示教的每個動作的姿態(tài)、位置、工藝參數(shù)、運動參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行的程序。完成示教后，只需要給機器人一個啟動命令，機器人將會地自動按照示教好的動作，完成全部流程；
3、機器人控制的分類
1）按照有無反饋分為：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、
開環(huán)精確控制的條件：精確地知道被控對象的模型，并且這一模型在控制過程中保持不變。
2）按照期望控制量分為：力控制、位置控制、混合控制這三種。
位置控制分為：單關節(jié)位置控制（位置反饋，位置速度反饋，位置速度加速度反饋）、多關節(jié)位置控制
多關節(jié)位置控制分為分解運動控制、集中控制力控制分為：直接力控制、阻抗控制、力位混合控制
3）智能化的控制方式
模糊控制、自適應控制、最優(yōu)控制、神經網(wǎng)絡控制、模糊神經網(wǎng)絡控制 、專家控制
4、控制系統(tǒng)硬件配置及結構 .電氣硬件 .軟件架構
由于機器人的控制過程中涉及大量的坐標變換和插補運算以及較低層的實時控制。所以，目前市面上機器人控制系統(tǒng)在結構上大部分采用分層結構的微型計算機控制系統(tǒng)，通常采用的是兩級計算機伺服控制系統(tǒng)。
1）具體流程：
主控計算機接到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確定手的運動參數(shù)。然后進行運動學、動力學和插補運算，最后得出機器人各個關節(jié)的協(xié)調運動參數(shù)。這些參數(shù)經過通信線路輸出到伺服控制級，作為各個關節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號。關節(jié)上的伺服驅動器將此信號D/A轉換后驅動各個關節(jié)產生協(xié)調運動。
傳感器將各個關節(jié)的運動輸出信號反饋回伺服控制級計算機形成局部閉環(huán)控制，達到精確的控制機器人在空間的運動。
2）基于PLC的運動控制 兩種控制方式：
①利用PLC的輸出端口使用脈沖指令來產生脈沖驅動電機，同時使用通用I/O或者計數(shù)零部件來實現(xiàn)伺服電機的閉環(huán)位置控制
②使用PLC外部擴展的位置控制模塊來實現(xiàn)電機的閉環(huán)位置控制，這種方式主要是以發(fā)高速脈沖控制，屬于位置控制方式，位置控制一般都是點到點的位置控制方式較多。
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