工业机器人内部结构

工业机器人内部结构：

一、机器人驱动装置。

概念：为了使工业机器人运行，每个关节都需要使用传动装置，也就是运动自由度：为机器人的每个部分提供动力。

驱动系统：可以是液压传动、气动传动、电动传动，也可以是综合系统的组合应用；它可以通过同步带直接驱动、链条车轮系统、谐波齿轮和其它机械传动机构。

1.电动驱动装置。

电动驱动装置能量简单，速度范围大，效率高，速度和位置精度高。然而，它们大多与减速器相连，因此很难直接驱动。

电动驱动装置也可分为DC(DC)。交流(AC)伺服电机驱动器和步进电机驱动器。DC伺服电机刷容易磨损，容易形成火花。无刷DC电机也得到了越来越广泛的应用。步进电机驱动主要是开环控制，控制简单，但功率小。主要用于低精度、低功率的机器人系统。

以下检查应在电动上电运行前进行：

1、电源电压是否合适(过电压可能会损坏驱动模块)；DC输入+/极性连接不正确，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大)；

2、控制信号线连接牢固，屏蔽问题(如双绞线)在工业现场考虑；

3、开始时，不要连接所有需要连接的线路，只连接到基本的系统，然后在运行良好后逐步连接。

4、接地方法或浮空不接必须明确。

5、密切观察电动机的状态，例如运动是否正常，声音和温升，并在运行开始后半小时内立即停止机器进行调整。

2.液压驱动。

通过缸体和活塞杆的相对运动，可以实现高精度的缸体和活塞。

优点：功率大，可以节省减速装置与被驱动杆直接连接，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动精度高。

缺点：液压源需要增加，容易产生液体泄漏，不适用于高温、低温场合，所以目前超大功率机器人系统主要采用液压驱动。

选择合适的液压油。防止固体杂质与液压系统混合，防止空气和水入侵液压系统。机械操作应柔软稳定，机械操作应避免粗糙，否则不可避免地会产生冲击负荷，导致机械故障频繁发生，大大缩短使用寿命。注意空气侵蚀和溢出噪声。在操作过程中，始终注意液压泵和溢流阀的声音。如果液压泵有空气侵蚀噪声，排气后无法消除，应在使用前找出原因和故障。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.气压驱动。

气压驱动结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲功能。然而，与液压驱动装置相比，它主要用于精度低的点控机器人，因为它的功率小，刚度差，噪音大，速度难以控制。

(1)速度快，系统结构简单，维护方便，价格低廉。适用于中小型负载机器人。然而，它主要用于程序控制机器人，如上下材料和冲压机器人，因为伺服控制很难实现。

(2)在大多数情况下，它是用来实现两位或有限点控制的小机器人。

(3)可编程控制器(PLC控制器)编程控制器(PLC控制器)。气动逻辑元件可用于易燃易爆场合。

二、直线传动机构。

根据关节形式，常用的传动机构形式有直线传动和旋转传动机构，是连接动力源和运动连杆的关键部分。

直线传动模式可用于直角坐标机器人的X.Y.Z驱动、圆柱坐标结构的径向驱动和垂直提升驱动，以及球形坐标结构的径向伸缩驱动。

直线运动可通过齿轮、螺丝、螺母等传动元件，或直线驱动电机，或气缸或液压缸活塞，将旋转运动转化为直线运动。

1.齿条装置。

齿条通常是固定的。将齿轮的旋转运动转换成直线运动的托盘。

优点：简单的结构。

缺点：回差大。

2.滚珠丝杠。

在螺母中，滚珠可以通过螺母中的导槽连续循环，并嵌入螺母的螺旋槽中。

优点：摩擦力小，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，滚珠丝杠也可以自锁，但这种自锁在实际应用中没有使用。主要原因是：可靠性差或加工成本高；通常会添加一套自锁装置，如蜗轮和蜗杆，因为直径与导程相比非常大。

三、旋转传动机构。

使用旋转传动机构的目的是将电机驱动源的高速转换为低速，并获得更大的扭矩。齿轮链和谐波齿轮是机器人中常用的旋转传动机构。

1.齿轮链

(1)转速关系。

(2)扭矩关系。

2.同步带。

同步带是一种带有许多齿形的皮带，它与同一齿形的同步带轮啮合。相当于工作时的软齿轮。

优点：无滑动，柔韧性好，价格低廉，重复定位精度高。

缺陷：具有一定的弹性变形。

3.谐波齿轮。

谐波齿轮由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要部件组成，通常由刚性齿轮固定，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转。

主要特点：

(1).传动稳定，承载能力高。

(2)传动效率高，可达70%-90%。

(3)传动精度高，比普通齿轮传动高3-4倍。

(4)无法获得中间输出，软轮刚度低。

谐波传动装置得到了广泛的应用。就日本而言，约60%的机器人驱动装置的60%。

一种上臂采用30个谐波传动机构，其中一种是由美国送至月球的机器人。

移动联将移动机器人送入月球，其成对安装的八个轮子由封闭的谐波传动机构单独驱动。ROHREN.GEROTR30机器人和VERTICAL80机器由法国雷诺公司开发，均采用谐波传动机构。

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，从内部和外部环境中获取有意义的信息。

2.使用智能传感器提高了机器人的机动性、适应性和智能水平。

3.使用智能传感器提高了机器人的机动性、适应性和智能水平。

4.传感器比人类感觉系统对某些特殊信息更有效。

五、检测机器人位置。

旋转光学编码器是常用的位置反馈装置。光电探测器将光脉冲转换为二次进制波形。旋转方向由两个方波信号的相对相位决定，通过计算脉冲数来确定轴的转角。

两个模拟信号-正弦信号和余弦信号的传感同步器输出轴角。轴的角度由两个信号的相对振幅计算。传感器通常比编码器更可靠，但分辨率较低。

电位计是位置检测直接的形式。当它连接到上，可以产生与轴角成正比的电压信号。然而，由于分辨率低，线性差，对噪声敏感。

转速计可以输出一个模拟信号，该模拟信号与轴的转速成正比。如果没有这样的速度传感器，可以通过检测到位置相对于时间的差异来获得速度反馈信号。

六、机器人力检测。

通常将力传感器安装在操作臂下方的三个位置：

1.安装在关节驱动器上。它可以测量驱动器/减速器的扭矩或力的输出。然而，它不能很好地检测终端执行器和环境之间的接触。

2.在终端执行器和操作臂的终端关节之间安装手腕力传感器。通常，在终端执行器中可以测量三到六个力/扭矩分量。

3.安装在终端执行机构的指尖上。一般来说，这些强烈的感觉手指内置应变计，可以在指尖上测量一到四个分力。

七、机器人-环境交互系统。

1.机器人-环境交互系统是一种连接和协调工业机器人和外部环境中的设备的系统。

2.工业机器人单元、焊接单元、装配单元等工业机器人单元、装配单元等功能单元。它也可以是多个机器人。多台机床或设备。集成存储设备等多个零件。

3.也可以集成一个功能单元来执行复杂的任务，如多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储设备等。

八、人机交互系统。

人机交互系统是一种允许操作人员参与机器人控制并与机器人连接的装置。该系统分为指令给定装置和信息显示装置两类。