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　　各式各樣機器人的特點及專業(yè)領(lǐng)域概要

　　國際性金屬加工網(wǎng)

　　先進制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業(yè)典型研討會

　　機器人的表述布佐克類

機器人按ISO 8373表述為：邊線能固定或終端，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可多次重復(fù)程式設(shè)計、多功能多用處、尾端操作器的邊線要在3個或3個以上分量內(nèi)可程式設(shè)計的工業(yè)自動化設(shè)備。這里分量就是指可體育運動或轉(zhuǎn)動的軸。工業(yè)機器人按其結(jié)構(gòu)形式及程式設(shè)計坐標(biāo)系主要分類為下肢型機器人、終端機器人、水底機器人和座標(biāo)機器人等。按主要功能特征及專業(yè)領(lǐng)域分為終端機器人、水底機器人、清潔機器人、座標(biāo)機器人、沖壓機器人、術(shù)后機器人和民用機器人等。機器人學(xué)牽涉到機器人結(jié)構(gòu)，機器人聽覺，機器人體育運動規(guī)劃，機器人感應(yīng)器，機器人通訊和人工智能等許多方面，相同用處的機器人牽涉到相同的學(xué)科，上面僅對這些機器人的結(jié)構(gòu)和專業(yè)領(lǐng)域進行簡單介紹：

　　下肢型機器人

　　下肢型機器人的結(jié)構(gòu)類同人的手臂，由幾個勒維岡縣，轉(zhuǎn)動軸和Daye等6~7個分量組成。制造廠家主要有瑞典Manutec公司，瑞典KUKA，瑞典REIS,日本Motorman,日本Yaskawa和沈陽新松等。下肢型機器人的勒維岡縣和轉(zhuǎn)動軸主要用伺服電機配幾乎沒有反向間隙的精密減速機或直驅(qū)力矩電機驅(qū)動，而其控制系統(tǒng)其技術(shù)難度也很大。各廠家的下肢型機器人其結(jié)構(gòu)類同，主要差別在技術(shù)參數(shù),上面以瑞典Manutec公司的下肢型機器人為例介紹。

Manutec公司型號為r15-30的下肢機器人，額定阻抗30千克，最大可達到 75 千克，組織工作直徑1.3 米，多次重復(fù)功能定位精度小于0.04 mm ，極線的最大運行速度高達 5.9 m/s，加速度高達23 m/s2和組織工作壽命20 年。能坐立式加裝，能是掉框形加裝，也能與水平線小于30度角的截葉加裝，不影響其各項技術(shù)指標(biāo)。r15能選裝防爆式的，也能選裝一級清潔式等。

　　r15-30主要特點是強度大連續(xù)性好和多次重復(fù)功能定位精度高，主要專業(yè)領(lǐng)域領(lǐng)域是其他廠家的下肢型機器人由于連續(xù)性和精度不夠無法專業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)域，而用 5 軸加工中心成本太高或無法勝任的組織工作。如磨齒，喪尸銑床，殼（腔）內(nèi)部銑床，磨，拋，切割和沖壓等。

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　　在Daye尾端能配力感應(yīng)器，來加工喪尸表面（如銑床，磨和拋）。兩個機器人也能與雙組織工作臺及各式各樣的雙轉(zhuǎn)軸協(xié)同并行體育運動。也能是兩個機器人協(xié)同并行組織工作，如兩臺機器人抓取鉆孔，以致兩臺機器人對該鉆孔進行加工，兩臺機器人并行協(xié)同順利完成某一的加工軌跡。

　　其他廠家的下肢機器人主要專業(yè)領(lǐng)域在汽車沖壓和裝配等任務(wù)中。下肢型機器人的優(yōu)點是能從相同角度相同方位來組織工作，速度快，組織工作效率高。但主要缺點是組織工作直徑小，阻抗小，價格高，專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)難度大和維護費用高。

作為下肢機器人的簡化型機器人SCARA就是兩個轉(zhuǎn)動軸和兩個每邊體育運動軸，其特點是簡單，經(jīng)濟，適合組織工作空間小，阻抗小、高速搬運。但它的價位高于座標(biāo)機器人，專業(yè)領(lǐng)域行業(yè)和數(shù)量非常小。

　　特種機器人

終端機器人就是能獨立自主終端或每邊樓梯的電動汽車，主要用于制造當(dāng)晚貨物的獨立自主貨物運輸和排危工作臺，或進入有污染和放射的環(huán)境內(nèi)取樣及監(jiān)視等。還有許多終端機器人就是仿造許多動物，用腿和爪騎行路的騎行機器人，如美國的民用狗，還處于適用階段。水底機器人與潛艇能獨立自主潛入水底順利完成對海上鉆井平臺的水底建筑、發(fā)電站的水底閘門、海底打撈等工程的錄像和監(jiān)視。清潔式機器人主要是穿上防護服的下肢型機器人，使其自身有良好的密封性，不把污垢帶入組織工作當(dāng)晚，自身也不會產(chǎn)生污垢，他們主要專業(yè)領(lǐng)域于電子器件，食品和藥品等制造中。國際性對清潔機器人的清潔度有明確的表述。民用機器人主要是小型終端車，遙控飛機或電子狗等，他們順利完成危險場所的許多工作臺，如排雷，布雷，當(dāng)晚監(jiān)視，射擊摧毀某一目標(biāo)等。盡管目前服務(wù)機器人主要是玩具式的自治電動汽車，在其上面裝有聽覺和超聲等裝置使其能在家里無碰撞終端，對相同邊線進行照像，用來防盜，檢測煤汽泄露，無線發(fā)短信和接收指令，貨物運輸物品等等。但未來服務(wù)機器人的功能會不斷增強，不斷深入到人們?nèi)债a(chǎn)生活的各方面。還有術(shù)后機器人，航天機器人，擠牛奶機器人和核電站專供機器人等專供機器人。

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　　座標(biāo)機器人

作為在各行各業(yè)中最廣泛專業(yè)領(lǐng)域的座標(biāo)機器人，它主要是以直線體育運動軸為主，各體育運動軸通常對應(yīng)座標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸，一般X軸和Y軸是水平線內(nèi)運動軸，Z軸是每邊體育運動軸。在許多專業(yè)領(lǐng)域中Z軸上帶有兩個轉(zhuǎn)軸，或帶有兩個轉(zhuǎn)動軸和兩個轉(zhuǎn)軸。在絕大多數(shù)情況下座標(biāo)機器人的各直線體育運動軸間的夾角為直角。

　　座標(biāo)機器人的組成

　　兩個典型的座標(biāo)機器人，它由X軸,Y軸,Z軸及驅(qū)動電機組成。此外兩個完整的機器人系統(tǒng)還需要控制系統(tǒng)和手抓，上面分別予以介紹：

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　　直線體育運動軸: 也叫直線體育運動單元，它就是兩個獨立的體育運動軸，主要由支撐載體的鋁型 材或鋼型材和被加裝在型材內(nèi)部的直線導(dǎo)軌、體育運動滑塊以及作為帶動滑塊做高速體育運動的并行帶組成。

　　體育運動軸的驅(qū)動系統(tǒng)

座標(biāo)機器人的傳動主要是通過驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動帶動并行帶體育運動，并行帶帶動直線導(dǎo)軌上的滑塊體育運動。當(dāng)驅(qū)動軸的最高轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分時通常選用步進電機，否則選用交流伺服電機。

　　座標(biāo)機器人的控制系統(tǒng)

　　機器人要在一定時間內(nèi)順利完成某一的任務(wù)，比如每10秒內(nèi)順利完成一次搬運組織工作。在順利完成抓取，加速體育運動，高速體育運動，減速體育運動，釋放鉆孔等同時，還要與相關(guān)的設(shè)備通過通訊或I/O口實現(xiàn)許多時序上的協(xié)同并行。另外在涂膠專業(yè)領(lǐng)域上，各體育運動軸要順利完成直線和圓弧插補體育運動。因此其數(shù)控系統(tǒng)要按具體專業(yè)領(lǐng)域要求來選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量和軟件功能。通常選用數(shù)控系統(tǒng)，PLC，工控機加體育運動控制卡和帶軸卡功能及I/O口的驅(qū)動電機來做控制系統(tǒng)。

　　座標(biāo)機器人的尾端操作器——Daye系統(tǒng)

根據(jù)其具體專業(yè)領(lǐng)域情況，其Daye系統(tǒng)可能是氣動吸盤、氣動夾取Daye、電動夾取Daye、電磁吸取Daye、焊、膠、專供工具和檢測儀器等。在很多場合能一次抓取多個鉆孔。

　　很多廠家已開發(fā)出許多標(biāo)準的直線體育運動單元及其組合，上面結(jié)合瑞典百格拉公司的產(chǎn)品來介紹座標(biāo)機器人的技術(shù)數(shù)據(jù)及專業(yè)領(lǐng)域。

　　龍門軸直線體育運動單元

　　直線體育運動單元和驅(qū)動電機固定不動，而滑塊體育運動，主要用于水平線和垂直面上長距離體育運動。有標(biāo)準化產(chǎn)品PAS41，PAS42，PAS43和PAS44。對應(yīng)的橫截面尺寸是40*40 mm，60*60mm，80*80 mm和110*110mm，單根標(biāo)準長度是6000 mm、阻抗是10~200千克、多次重復(fù)功能定位精度0.05mm、最高運行速度8米/秒，加速度是每秒4米。

抓取軸直線體育運動單元

　　驅(qū)動電機和滑塊固定在一平面上，直線體育運動單元本體體育運動，其導(dǎo)軌標(biāo)準長度可達2400 mm。主要以垂直或水平進入組織工作空間，用于貨物的抓取和搬運等。其標(biāo)準化產(chǎn)品有LM-A001到LM-A808等，對應(yīng)的尺寸是40*40 mm，60*60mm，80*80 mm到110*110mm，單根最大長度是3000 mm、阻抗是2~100千克、多次重復(fù)功能定位精度0.05mm、最高運行速度8米/秒，加速度是每秒4米。

　　各式各樣結(jié)構(gòu)形式的2D和3D座標(biāo)機器人

利用標(biāo)準的龍門式和抓取軸直線體育運動單元瑞典百格拉公司在過去的20多年中成功組合成了數(shù)百種結(jié)構(gòu)形式，相同行程和阻抗能力，相同加裝方式的機器人。其中針對相同專業(yè)領(lǐng)域要求還采取了多種加強形式來保證其強度，提高其變形能力，減少震動和晃動，提高壽命等。其常用的結(jié)構(gòu)形式有龍門式，懸臂式，掛臂式和掉框形等。

　　座標(biāo)機器人的主要結(jié)構(gòu)形式及主要特點

　　但針對各式各樣相同的專業(yè)領(lǐng)域，實際上能方便快速組合成相同維數(shù)，各式各樣行程和相同帶載能力的壁框形、懸臂式、龍門式或倒框形等各式各樣形式的座標(biāo)機器人。從簡單的二維機器人到復(fù)雜的五維機器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功專業(yè)領(lǐng)域案例。從電機到汽車等各行各業(yè)的自動化制造線中，也是各式各樣的多臺座標(biāo)機器人和其他設(shè)備嚴格并行協(xié)同組織工作。能說座標(biāo)機器人幾乎能勝任所有的工業(yè)自動化任務(wù)。上面是其主要特點：

◆任意組合成各式各樣樣式：每根直線體育運動軸最長是6米，其帶載能力從10千克到200千克。在實際專業(yè)領(lǐng)域中已有近百種結(jié)構(gòu)的座標(biāo)機器人，這些結(jié)構(gòu)也能任意組合成新的結(jié)構(gòu)等。

　　◆超大行程：因為單根龍門式直線體育運動單元的長度是6米，還能多根方便地級連成超大行程，所以其組織工作空間幾乎沒有限制，小到手機點膠機，大到18米長行程的切割機，8米長行程鉆銑床，6米*6米*3米的檢測機器人等。超大行程時要采用直線導(dǎo)軌和齒條傳動方式。

　　◆阻抗能力強：單根直線體育運動單元的阻抗通常小于200千克。但當(dāng)采用雙滑塊或多滑塊連續(xù)性聯(lián)結(jié)時阻抗能力能增加5到10倍。當(dāng)把兩根或四根直線體育運動單元并排接起來使用時，其阻抗能增加2到4倍。當(dāng)采用多根多滑塊結(jié)構(gòu)時其阻抗能力可增加到數(shù)噸。

◆高動態(tài)特性：輕阻抗時其最大運行速度可達到每秒8米，加速度可達到每秒4米。使其具有很高的動態(tài)特性，組織工作效率非常高，通常在幾秒內(nèi)順利完成兩個組織工作節(jié)拍。

　　◆高精度：按傳動方式及配置在整個行程內(nèi)其多次重復(fù)功能定位精度可達到0.05mm~0.01mm。

　　◆擴展能力強：能方便改變結(jié)構(gòu)或通過程式設(shè)計來適合新的專業(yè)領(lǐng)域。

　　◆簡單經(jīng)濟：對比下肢機器人，座標(biāo)機器人不僅外觀直觀且構(gòu)造成本低，程式設(shè)計簡單類同數(shù)控銑床，易培訓(xùn)員工和維修，使其具有非常好的經(jīng)濟性。

　　◆勝任復(fù)雜任務(wù)：采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能順利完成非常復(fù)雜的噴涂，噴丸，檢測，加工等任務(wù)。

　　◆壽命長：座標(biāo)機器人的壽命一般是10年以上，維護好了可達20年。

◆專業(yè)領(lǐng)域范圍廣：能方便地裝配多種形式和尺寸的Daye，能勝任許多常見的組織工作，如沖壓、切割，搬運、每邊料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼和噴涂等任務(wù)。

　　座標(biāo)機器人的選型和保養(yǎng)

　　選型:

首先要根據(jù)阻抗大小，行程，組織工作節(jié)拍和組織工作空間的限制來選擇機器人的外形結(jié)構(gòu)。選好結(jié)構(gòu)形式后要根據(jù)行程和變形量等選擇每個軸的形式和型號。大阻抗和高沖擊力時能選擇由2根或4根體育運動軸組合成兩個復(fù)合體育運動軸。各體育運動軸間的裝配也很關(guān)鍵，不僅要保證其垂直度，更要考慮在各方向有足夠的抗沖擊力和變形。機器人要在幾秒內(nèi)順利完成兩個體育運動節(jié)拍，選擇的驅(qū)動電機必須有足夠的驅(qū)動力，通常要比理論計算值高出100%。當(dāng)阻抗的轉(zhuǎn)動慣量與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動慣量之比大于12時，要選裝瑞典紐卡特公司的精密行星減速機。

　　在超高動態(tài)和功能定位精度要求很高情況下，能選用直線電機來驅(qū)動。但直線電機的加裝和防護技術(shù)難度大，發(fā)熱量大，撞擊危險性高和控制技術(shù)難度高，成本也高，所以要慎用。而其防護技術(shù)難度大和發(fā)熱量大目前在機床行業(yè)還是世界性難題。

　　加裝

　　機器人在加速和減速時會產(chǎn)生強大的沖擊力，而且通常每天要組織工作24小時，所以機器人必須被牢固地加裝在支架上。機器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長期高速高動態(tài)體育運動沖擊下，沒有任何晃動。此外在加裝時要保證體育運動軸間的平行度、平面度和垂直度。

　　保養(yǎng)事項

通常機器人的每個體育運動軸在經(jīng)過一定長度的體育運動后要周期性的通過滑塊的注油孔給直線導(dǎo)軌加注潤滑油。根據(jù)機器人使用環(huán)境的相同和組織工作速度相同，其注油的周期也相同。在食品和玻璃切割等行業(yè)要選用帶防塵帶的體育運動軸和縮短注油周期，在有噴水的場合也要縮短注油周期。

　　專業(yè)領(lǐng)域和展望

每種機器人都有其特殊性和優(yōu)勢，適用某一的行業(yè)或工作臺。也有把下肢機器人加裝在大的直線體育運動平臺上來擴大組織工作區(qū)域和順利完成更多的任務(wù)。為了克服座標(biāo)機器人不易深入細長空間區(qū)域內(nèi)組織工作，瑞典百格拉公司成功組合成了多種結(jié)構(gòu)的懸臂式座標(biāo)機器人及在座標(biāo)機器人的Z軸上加上500mm的轉(zhuǎn)動軸和每邊升降軸，有時還在Z軸上加上兩個勒維岡縣和轉(zhuǎn)動軸構(gòu)成5軸機器人，還把相同結(jié)構(gòu)形式的座標(biāo)機器人組合成多種集抓取，搬運，處理和最后抓取運走功能于一體的機器人工作中心。在瑞典就有大大小小50多家座標(biāo)機器人制造企業(yè)，他們20多年的努力使得座標(biāo)機器人比下肢式機器人有更廣泛的專業(yè)領(lǐng)域。例如在西方發(fā)達國家被廣泛用來執(zhí)行沖壓、搬運、每邊料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、涂膠和切割等一系列組織工作。深受包裝機械

　　、印刷機械、汽車工業(yè)、食品制造工業(yè)、藥品制造工業(yè)、電子工業(yè)、機器制造業(yè)和化妝品制造等行業(yè)的好評。隨著自動化程度、環(huán)保要求、衛(wèi)生規(guī)定、制造效率、人員素質(zhì)和人工費用的提高，座標(biāo)機器人在中國也必將被各行各業(yè)廣泛采用。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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