一、工业机器人的分类
1.根据机械手的坐标形式,可分为:
I其运动部分由三个相互垂直的直线运动组成(即PPP),其工作空间图形为矩形。其各轴向的移动距离可在各坐标轴上直接读出,直观,易于编程计算位置和姿态,定位精度高,控制解耦,结构简单。但机体占用空间大,动作范围小,灵活性差,难以与其他工业机器人协调。
它的运动形式是由一个转动和两个运动组成的运动系统实现的,其工作空间图形是一个圆柱体。与矩形工业机器人相比,在相同的工作空间条件下,机体占用体积小,运动范围大,位置精度仅次于矩形工业机器人,很难与其他工业机器人协调。
又称极坐标工业机器人,其手臂运动由两转一直线运动(即RRP、一转一俯仰一伸缩运动)组成,工作空间为球体,可上下俯仰,抓取地面或低位的协调工件,位置精度高,位置误差与手臂增长成正比。
也被称为旋转坐标工业机器人,这种工业机器人的手臂类似于人类的上肢,其前三个关节是旋转副(RRR)。这种工业机器人一般由立柱和大臂组成。立柱和大臂形成肩关节,大臂和小臂形成肘关节,可以使大臂做旋转运动和俯仰摆动,小臂做俯仰摆动。其结构紧凑,灵活性大,占地面积小,可与其他工业机器人协调工作。但其位置精度低,存在平衡问题和控制耦合,因此这类工业机器人的应用越来越广泛。
它使用一个活动关节和两个旋转关节(PRR)。活动关节实现上下运动,两个旋转关节控制前后左右运动。这种形式的工业机器人也被称为(臂)装配机器人。在水平方向上,它具有柔性,而在垂直方向上,它具有很大的刚性。结构简单,动作灵活,多用于装配作业,特别适用于小尺寸零件的插接装配,如电子行业的插接装配。
2.根据驱动方式,可分为:
这种工业机器人采用压缩空气驱动机械手,具有气源方便、动作迅速、结构简单、成本低、无污染等优点。缺点是空气是可压缩的,导致工作速度稳定性差。而且由于气压一般只有6kPa左右,这种工业机器人的抓取力比较小,一般只有几十牛顿,*一百多牛顿。
液压比气压高很多,一般在左右,所以液压传动工业机器人抓取能力大,可以达到几千牛顿。这种工业机器人结构紧凑,传动稳定,动作灵敏,但对密封性要求高,不适合在高温或低温环境下工作。
这是目前应用比较广泛的一种工业机器人,不仅因为电机种类多,为工业机器人设计提供了多种选择,还因为可以采用多种灵活的控制方式。在早期,步进电机主要用于驱动,然后开发了DC伺服驱动单元。目前,交流伺服驱动单元也在迅速发展。这些驱动单元或者直接驱动机械手,或者通过谐波减速器等装置减速后驱动,结构非常紧凑简单。
二、工业机器人控制系统1.工业机器人的控制技术是在传统机械系统控制技术的基础上发展起来的,所以两者没有本质的区别,但是工业机器人的控制系统也有很多特殊性。其特点如下:
(1)工业机器人有几个关节。典型的工业机器人有五六个关节,每个关节由一个伺服系统控制。多个关节的运动需要各种伺服系统的配合。(2)工业机器人的任务是要求机械手的手在逐点空间或连续轨迹上运动。为了控制工业机器人的运动,需要进行复杂的坐标变换运算和矩阵函数的逆运算。(3)工业机器人的数学模型是一个多变量、非线性、参数可变的复杂模型,变量之间还存在耦合,因此在工业机器人的控制中常采用前馈、补偿、解耦、自适应等复杂控制技术。(4)先进的工业机器人需要对环境条件和控制指令进行测量和分析, 用计算机建立庞大的信息库,用人工智能进行控制、决策、管理和运算,并根据给定的要求自动选择最优控制规律。
(1)要控制工业机器人的位置、速度和加速度,连续轨迹运动的工业机器人还必须具有轨迹规划和控制功能。(2)便捷的人机交互功能,操作者使用直接指令代码对工业机器人进行指令。工业机器人的使用具有记忆和修正操作知识、跳转工序的功能。(3)具有检测和感知外界环境(包括工况)的功能。为了使工业机器人具有适应外部状态变化的能力,工业机器人应该能够测量、识别、判断和理解视觉、力和触觉等相关信息。在自动生产线上,工业机器人利用与其他设备交换信息和协调工作的能力。
工业机器人控制系统可以从不同的角度进行分类,如关节控制、笛卡尔空间运动控制和自适应控制。根据轨迹控制方式的不同,可分为点控制和连续轨迹控制;根据速度控制方式的不同,可分为速度控制、加速度控制和力控制。
(1)程序控制系统:机器人通过对每个自由度施加一定的规则控制函数,可以实现所需的空间轨迹。 (2)自适应控制系统:当外界条件发生变化时,为了保证所要求的品质或随着经验的积累自行提高控制品质,其过程是基于对机械手状态和伺服误差的观测,然后调整非线性模型的参数,直至误差消失。该系统的结构和参数可以随时间和条件自动变化。
(3)人工智能系统:无法预先制定运动程序,但要求在运动过程中根据获得的周围状态信息实时确定控制功能。当外界条件发生变化时,为了保证所要求的品质或随着经验的积累自行提高控制品质,其过程是基于对机械手状态和伺服误差的观察,然后调整非线性模型的参数,直至误差消失。该系统的结构和参数可以随时间和条件自动变化。因此该系统是一个自适应控制系统。
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