机械臂机器人

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马上加星标，第一次看文字。

机器人的发展越来越受到人们的欢迎和重视。现在很多传统行业已经将工业机器人引入到生产作业中。随着机器人的改进和优化，工业机器人在传统加工制造业中的重要性越来越明显。

那么，什么是工业机器人呢？内部结构是什么样的？.....相信看完这篇文章，你会对工业机器人技术有一个系统全面的了解！

工业机器人的科普

工业机器人的分类

移动式遥控装置

移动机器人(AGV)是工业机器人的一种，可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运和传输，以及自动化立体仓库、柔性加工系统和柔性装配系统(以AGV为移动装配平台)。同时可以作为车站、机场、邮局分拣货物的运输工具。

点焊机器人

焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、移动速度快、负载能力强等特点。焊接质量明显优于手工焊接，大大提高了点焊的生产率。

弧焊机器人

弧焊机器人主要用于各种汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人制造商主要向成套设备供应商提供单元产品。

激光加工机器人

激光加工机器人将机器人技术应用于激光加工，通过高精度的工业机器人实现更加灵活的激光加工操作。该系统可在线操作或离线编程。

机器人可以自动检测工件，生成工件的模型，然后生成加工曲线，或者直接利用CAD数据进行加工。它可用于工件的激光表面处理、钻孔、焊接和模具修复。

真空机器人

真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体行业，实现真空室内的晶圆传输。真空机械手进口难、限制多、消耗量大、用途广，已经成为制约整个半导体设备研发进度和整个产品竞争力的关键部件。

清洁机器人

清洁机器人是一种用于清洁环境的工业机器人。随着生产技术的不断提高，其对生产环境的要求也越来越高。许多现代工业产品都要求在洁净的环境中生产，而洁净机器人是洁净环境中生产所需的关键设备。

工业机器人的内部结构

一、机器人驱动装置

概念:为了使机器人运行，需要为每个关节，也就是每个运动自由度安装传动装置。功能:为机器人的所有部件和关节提供动力。

驱动系统:可以是液压驱动、气动驱动、电动驱动，也可以是它们结合的综合系统；可以直接驱动，也可以通过同步带、链条、齿轮系、谐波齿轮机械驱动。机构间接驱动。

1.电力驱动装置

本发明具有能源简单、变速范围宽、效率高、速度和位置精度高的优点。但是大部分都是连接减速装置的，很难直接驱动。

电动驱动装置可分为DC、交流伺服电机驱动和步进电机驱动。DC伺服电机的电刷容易磨损和打火。无刷DC电机也得到了广泛应用。步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功耗低，多用于低精度、低功耗的机器人系统。

通电操作前，进行如下检查:

1)电源电压是否合适(过压容易造成驱动模块损坏)；DC输入的正负极性一定不能错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(一开始不要太大)；

2)控制信号线连接牢固，最好考虑工业现场的屏蔽问题(如使用双绞线)；

3)不要一开始就把所有需要连接的线都连接起来，只连接成最基本的系统，运行好了再一步步连接。

4)一定要搞清楚接地方式，或者采用浮接。

5)运转开始后半小时内，密切观察电机的状态，如动作是否正常，声音、温升等，发现问题立即停机调整。

2.液压传动

由高精度气缸和活塞完成，通过气缸和活塞杆的相对运动实现直线运动。

优点:功率大，不需要减速器与从动杆直接连接，结构紧凑，刚性好，响应快，伺服驱动精度高。

缺点:需要加液压源，容易造成液体泄漏，不适合高低温场合。因此，目前超高功率机器人系统多采用液压驱动。

选择合适的液压油。防止固体杂质混入液压系统，防止空气和水侵入液压系统。

机械运行要柔和平稳，避免粗暴操作，否则必然产生冲击载荷，造成机械故障频繁，使用寿命大大缩短。注意空化和溢流噪音。在操作过程中，随时注意液压泵和溢流阀的声音。如果液压泵的“气蚀”噪声在排气后仍不能消除，应在查明原因并排除故障后再使用。保持适当的油温。液压系统的工作温度一般控制在30 ~ 80℃之间。

3.气动驱动

气动驱动结构简单、干净、灵敏，并具有缓冲作用。但与液压驱动装置相比，它具有功率低、刚性差、噪音大、速度控制困难等优点，所以多用于精度不高的点控机器人。

(1)速度快，系统结构简单，维护方便，价格低特性。适用于中小负载的机器人。但由于伺服控制困难，多用于程序控制的机器人，如装卸、冲压机器人。

(2)多数情况下用于实现两位置或有限点控制的中小型机器人。

(3)目前大多数控制设备都是可编程控制器(PLC控制器)。在易燃易爆的情况下，气动逻辑元件可用于构成控制装置。

第二，线性驱动机构

传动装置是连接动力源和运动连杆的关键部件。按照联合形式，共同传递机构有直线传动和旋转传动。机构。

直线驱动方式可用于笛卡尔机器人的X、Y、Z方向驱动，柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动，球坐标结构的径向伸缩驱动。

直线运动可以通过齿轮齿条、螺母等传动元件从旋转运动转化为直线运动。也可以由直线驱动电机驱动，也可以由气缸或液压缸的活塞直接产生。

1.齿条齿轮装置

通常机架是固定的。齿轮的旋转运动被转换成托盘的线性运动。

优点:结构简单。

缺点:回报差大。

2.滚珠丝杠

滚珠嵌入丝杠螺母的螺旋槽中，滚珠可以通过螺母中的导向槽不断循环。

优点:摩擦小，传动效率高，不爬行，精度高；

缺点:制造成本高，结构复杂。

自锁问题:理论上滚珠丝杠副也可以自锁，但这种自锁在实际应用中并不多见，主要是可靠性差或者加工成本高；因为径导比很大，通常要加一套蜗轮蜗杆等自锁装置。

第三，旋转驱动机构

采用旋转传动机构本文的目的是将电机驱动源输出的较高转速转化为较低的转速，获得较大的扭矩。旋转传动广泛应用于机器人。机构有齿轮链，同步带和谐波齿轮。

1.齿轮链

(1)速度关系

(2)力矩关系

2、同步带

同步带是一种具有许多齿形齿的带，它与具有相同齿形齿的同步带轮相啮合。它像一个软齿轮一样工作。

优点:不滑动，弹性好，价格价格低廉，重复定位精度高。

缺点:有一定的弹性变形。

3、谐波齿轮

谐波齿轮由三个主要部分组成:刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮。一般刚性齿轮是固定的，谐波发生器带动柔性齿轮转动。

主要特点:

(1)传动比大，单级50-300。

(2)传动平稳，承载能力高。

(3)传动效率高，可达70%-90%。

(4)传动精度高，比普通齿轮传动高3-4倍。

(5)返回误差小，可小于3’。

(6)得不到中间输出，柔轮刚度低。

谐波传动装置在机器人技术发达的国家已经得到广泛应用。就日本而言，60%的机器人驱动采用谐波驱动。

美国送上月球的机器人，所有关节都用谐波传动，其中一个上臂用了30个谐波传动。机构。

苏联送上月球的移动机器人“月球登陆者”的八个轮子都是由封闭谐波驱动的。机构单独驱动。大众德国公司R30机器人由法国雷诺公司研制公司研制的80型机器人采用谐波传动。机构。

第四，机器人传感系统

1.感觉系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用于在内部和外部环境条件下获取有意义的信息。

2.智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能性。

3.智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能性。

4.对于一些特殊的信息，传感器比人类的感知系统更有效。

第五，机器人位置检测

旋转光学编码器是最常用的位置反馈装置。光电探测器将光脉冲转换成二进制波形。通过计数脉冲数获得轴的旋转角度，通过两个方波信号的相对相位确定旋转方向。

感应同步器输出两个模拟信号&轴角的正弦信号和余弦信号。轴的旋转角度通过这两个信号的相对幅度来计算。感应同步器一般比编码器更可靠，但分辨率较低。

电位计是最直接的位置检测形式。它连接在一个电桥中，可以产生与轴旋转角度成比例的电压信号。然而，由于分辨率低、线性差以及对噪声的敏感性。

转速表可以输出与轴转速成比例的模拟信号。如果没有这样的速度传感器，速度反馈信号可以通过检测到的位置和时间之间的差异获得。

六、机器人力检测

力传感器通常安装在操作臂的以下三个位置:

1、安装在联合传动上。它可以测量驱动器/减速器本身的扭矩或力输出。但是它不能很好地检测末端执行器与环境之间的接触力。

2.它安装在机械手的末端执行器和末端关节之间，可称为腕力传感器。通常，可以测量施加到末端执行器的三到六个力/扭矩分量。

3.安装在末端执行器的指尖上。通常，这些带感觉手指有一个内置的应变仪，可以测量作用在指尖上的力的一到四个分量。

七。机器人-环境交互系统

1.机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备进行交互和协调的系统。

2.工业机器人和外部设备被集成到一个功能单元中，例如制造单元、焊接单元和装配单元。也可以是多个机器人、多个机床或设备、多个零件存储装置的集成。

3.也可以是集成多个机器人、多个机床或设备、多个零件存储设备来执行复杂任务的功能单元。

八、人机交互系统

人机交互系统是使操作者能够参与机器人控制并与机器人交流的装置。该系统可分为两类:指令给出装置和信息显示装置。

机器人控制系统的相关知识

什么是机器人控制系统？

如果只有感官和肌肉，人的四肢是动不了的。一方面是因为没有器官接收和处理来自感官的信号，另一方面是因为没有器官发出神经信号驱动肌肉收缩或放松。同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也无法正常工作。原因是传感器输出的信号不起作用，驱动电机得不到驱动电压和电流，所以机器人需要控制器，控制器由硬件和软件组成。

机器人控制系统的功能是接收来自传感器的检测信号。根据作业任务的要求，驱动机械臂中的电机就像我们人类的活动需要依靠自己的感官一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要传感器来检测各种状态。机器人内部传感器信号用于反映机械手关节的实际运动状态，机器人外部传感器信号用于检测工作环境的变化。

所以机器人的神经和大脑可以结合起来形成一个完整的机器人控制系统。

机器人的运动控制系统包括哪些方面？

执行机构-伺服电机或步进电机；

驱动器机构-伺服或步进驱动器；

控制机构——运动控制器，用于路径和电机联动的算法运算控制；

控制模式——如果有固定的执行模式，那么用固定的参数对运动控制器进行编程；如果有视觉系统或其他传感器，根据传感器信号，将具有可变参数的程序编程到运动控制器。

机器人控制系统的基本功能

工业机器人控制系统

1.工业机器人控制系统的硬件结构

控制器是机器人系统的核心。公司对我国实行严密封锁。近年来，随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高价格越来越便宜了。目前市场上已经出现了1~2美元的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使得开发低成本高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统有足够的计算和存储能力，目前机器人控制器多由计算能力较强的ARM系列、DSP系列、串口和串口芯片组成。

此外，由于现有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统的要求。价格、性能、集成和接口等。，这就引出了机器人系统对SoC()技术的需求。将特定的处理器与所需的接口集成在一起，可以简化系统外围电路的设计，减小系统的体积，降低成本。举个例子，公司NEOS或ARM7的处理器内核集成到其FPGA产品中，形成一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面，其研究主要集中在美国和日本，并有成熟的产品，如美国公司日本李鹏有限公司等。其运动控制器以DSP技术为核心，采用基于PC的开放式结构。

2.工业机器人控制系统体系结构

在控制器架构方面，其研究重点是功能划分的规范和功能之间的信息交换。在开放式控制器体系结构的研究中，有两种基本结构。一种是基于硬件层级的，相对简单。在日本，架构是基于硬件的。例如，三菱重工将其便携式通用智能手臂机器人的结构分为五层。另一种是基于功能划分的架构，软硬件一起考虑，是机器人控制器架构的研发方向。

4.机器人专用操作系统

①、操作系统是美国的公司1983年设计和开发的嵌入式实时操作系统(RTOS)是嵌入式开发环境的关键组成部分。具有可切割的微核结构；高效的任务管理；灵活的任务间通信；微秒中断处理；支持. 1b实时扩展标准；支持多种物理介质和标准完整的TCP/IP网络协议。

(2)与系列兼容性好，这无疑是推广的一大优势。它提供了一个功能操作系统平台，用于为手持设备和无线设备建立动态应用程序和服务。它可以在各种处理器架构上运行，通常适用于那些对内存占用有一定限制的设备。　

(3)嵌入式，由于其源代码是开放的，人们可以随意修改，以满足自己的应用。大部分遵从GPL，GPL是开源的，免费的。稍加修改就可以应用到用户自己的系统中。有一个庞大的开发者群体，不需要专门的人才，只要懂Unix/和C语言就行。支持的硬件数量巨大。嵌入式和普通的没有本质区别，几乎所有PC用的硬件嵌入式都支持。而且可以获得各种硬件驱动的源代码，为用户编写自己专有的硬件驱动带来了极大的方便。

(4)μC/OS-ⅱ，著名的开源实时内核，专为嵌入式应用设计，可用于8位、16位、32位单片机或数字信号处理器(DSP)。其主要特点是开源代码、良好的可移植性、固化性、裁剪性、抢占式内核、确定性等。

(5)DSP/BIOS，DSP/BIOS就是TI。公司TI是为其和系列DSP平台设计开发的可扩展实时多任务操作系统内核。公司的开发工具的组件之一。DSP/BIOS主要由三部分组成:多线程实时内核；实时分析工具；芯片支持库。使用实时操作系统开发程序可以方便复杂DSP程序的快速开发。　

5.机器人伺服通信总线技术

目前，世界上还没有专门用于机器人系统的伺服通信总线。在实际应用中，根据系统要求，机器人系统通常采用一些常用的总线，如以太网、CAN、1394、USB和RS-485等。目前，大多数通信控制总线可以分为两类，即基于RS-485和线路驱动技术的串行总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。

智能机器人控制系统

(1)开放式、模块化控制系统架构:采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)、运动控制器(MC)、光电隔离I/O控制板、传感器处理板、编程示教盒。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通信。机器人控制器(RC)主计算机完成机器人的运动规划、插补、位置伺服、主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，示教盒编程显示信息和输入按键。

(2)模块化分层控制器软件系统:软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统之上，采用分层、模块化的结构设计，实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次面对不同的功能需求，对应不同的开发层次。系统中的每一级都由几个功能相反的模块组成，这些模块相互配合实现本级提供的功能。

几种典型的机器人控制体系结构()

这里不讨论传统的工业机器人，主要集中在自主移动机器人、仿生机器人等新型机器人上。通常，机器人的架构是指一个或多个机器人将感知、建模、规划、决策、动作等各种模块有机结合起来，从而在动态环境中完成目标任务的结构框架。一般而言, 目前，自主机器人的控制架构可以分为以下几类:

1.程序控制体系结构，也称规划架构，即规划者根据给定的初始状态和目标状态，给出一系列行为和动作，并逐步执行。更复杂的程控模型还会根据传感器的反馈调整控制策略，比如在程序的顺序上采用“条件判断+跳转”的方法。