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工业机器人基础知识,看完你就明白了!

2021-01-21 16:48:45
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1、主体

      主体机械即机座和实行机构,包括大臂、小臂、腕部和手部,构成的多自由度的机械系统。有的机器人另有行走机构。工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通常有1~3个活动自由度。



2、控制系统

      机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号,并进行控制。工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操纵、友好的人机交互界面、在线操纵提示和运用方便等特点。

      由于已有的通用芯片功用及功能上不可以完全满足有些机器人系统在价钱、功能、集成度和接口等方面的要求,这就萌生了机器人系统对SoC技能的需求,将特定的处置器与所需求的接口集成在一同,可简化系统外围电路的设计,减少系统尺寸,并低低成本。比方,Actel公司将NEOS或ARM7的处置器内核集成在其FPGA产品上,构成了一个完整的SoC系统。在机器人技术控制器方面,其研讨主要会合在美国和日本,并有成熟的成品,如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心,采用基于PC的开放式结构。
 


 
3、感知系统

      
它是内部传感器模块和外部传感器模块的构成,获取内部和外部的环境状态中有意义的信息。

内部传感器:用来检测机器人本身状态(如手臂间的角度)的传感器,多为检测位置和角度的传感器。具体有:位置传感器、位置传感器、角度传感器等。

外部传感器:用来检测机器人所处环境(如检测物体,距离物体的距离)及状况(如检测抓取的物体是否滑落)的传感器。具体有距离传感器、视觉传感器、力觉传感器等。



4、驱动系统 

      工业机器人的驱动系统,按动力源分为液压,气动和电动三大类。依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。驱动系统有动力装置和传动机构,用以实行机构发生相应的动作,这三类根本驱动系统的各有特点,现在主流的是电动驱动系统。

5、末端执行器


      末端执行器连接在机械手最后一个关节上的部件,它一般用来抓取物体,与其他机构连接并执行需要的任务。机器人制造上一般不设计或出售末端执行器,多数情况下,他们只提供一个简单的抓持器。通常末端执行器安装在机器人6轴的法兰盘上以完成给定环境中的任务,如焊接,喷漆,涂胶以及零件装卸等就是需要机器人来完成的任务。
 


一、伺服电机的分类

      分为直流和交流伺服电动机两大类,交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机,目前交流系统正在逐渐代替直流系统。与直流系统相比,交流伺服电机具有高可靠性、散热好、转动惯量小、能工作于高压状态下等优点。因为无电刷和转向器,故交流私服系统也成为无刷伺服系统,用于其中的电机是无刷结构的笼型异步电机和永磁同步型电机。

1)直流伺服电机分为有刷和无刷电机

①有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对使用环境有要求,通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合;

②无刷电机体积小重量轻,出力大响应快,速度高惯量小,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以方波或正弦波换相,电机免维护,高效节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各种环境。

二、不同类型伺服电机的特点

1)直流伺服电机的优点和缺点

优点:速度控制精确,转矩速度特性很硬,控制原理简单,使用方便,价格便宜。

缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)

2)交流伺服电机的优点和缺点

优点:速度控制特性良好,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡,90%以上的高效率,发热少,高速控制,高精确度位置控制(取决于编码器精度),额定运行区域内,可实现恒力矩,惯量低,低噪音,无电刷磨损,免维护(适用于无尘、易爆环境)。

缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数确定,需要更多的连线。


三、伺服系统接线图


      伺服驱动器主要有控制回路电源、主控制回路电源、伺服输出电源、控制器输入CN1、编码器接口CN2、连接起CN3。控制回路电源是单相AC电源,输入电源可单相、三相,但是必须是220v,就是说三相输入时,咱们的三相电源必须经过变压器变压才能接,对于功率较小的驱动器,可单相直接驱动,单相接法必须接R、S端子。伺服电机输出U、V、W切记千万不能与主电路电源连接,有可能烧毁驱动器。CN1端口主要用于上位机控制器的连接,提供输入、输出、编码器ABZ三相输出、各种监控信号的模拟量输出。

 

四、伺服驱动器市场

       机器人对关节驱动电机的要求非常严格,交流伺服电机在工业机器人中得到广泛应用。目前国内高端市场主要被国外名企占据,主要来自日本和欧美,未来国产替代空间大。目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,主要来自日本和欧美。其中,日系产品以约50%的市场份额居首,其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,其产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求,以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源,在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。
 

五、控制系统

      机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号,并进行控制。下面文章主要介绍机器人控制系统。
 

1、机器人的控制系统

      “控制”的目的是指被控对象会按照者所期望的方式产生行为。“控制”的基本条件是了解被控对象的特性。

      “实质”是对驱动器输出力矩的控制。机器人的控制系统。
 

2、机器人的基本工作原理

      工作原理是示教再现;示教也称导引示教,既是人工导引机器人,一步步按实际需求动作流程操作一遍,机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的姿态、位置、工艺参数、运动参数等,并自动生成一个连续执行的程序。完成示教后,只需要给机器人一个启动命令,机器人将会地自动按照示教好的动作,完成全部流程;


3、机器人控制的分类

1)按照有无反馈分为:开环控制、闭环控制这两种。

      开环精确控制的条件:精确地知道被控对象的模型,并且这一模型在控制过程中保持不变。

2)按照期望控制量分为:力控制、位置控制、混合控制这三种。

      位置控制分为:单关节位置控制(位置反馈,位置速度反馈,位置速度加速度反馈)、多关节位置控制。

       多关节位置控制分为分解运动控制、集中控制力控制分为: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、自适应控制、最优控制、神经网络控制、模糊神经网络控制 、专家控制

4、控制系统硬件配置及结构 .电气硬件 .软件架构

      由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插补运算以及较低层的实时控制。所以,目前市面上机器人控制系统在结构上大部分采用分层结构的微型计算机控制系统,通常采用的是两级计算机伺服控制系统。


五、机器人重要参数

 

1、自由度

      是指机器人具有的独立运动的坐标轴数量。

      机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数量。机器人的自由度数一般等于关节数量。

      常见机器人自由度数一般有5~6个。有些机器人还附带有外部轴。

2、关节

      即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。
 

3、工作范围

      工业机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间范围。

      其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。

4、速度

       机器人在工作过程中带载荷条件下、匀速运动过程时,机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。

5、工作负载

      是指机器人手腕前端安装负荷在工作范围内任何位置上所能承受的最大重量,一般用质量、力矩、惯性矩表示。
 

6、分辨率

      是指机器人能够实现的最小移动距离或最小转动角度 。

7、精度

      重复性或重复定位精度:指机器人重复到达某一目标位置的差异性。比如你要求一个轴走 100 mm 结果 第一次 实际上他走了 100.01 重复一次同样的动作 他走了99.99 这之间的误差 0.02 就是重复定位精度。它是衡量一列误差值的集中程度,即重复度。机器人精度机不单取决与关节减速机及传动装置,且对机械装配工艺存在很大关系,很多由于装配不到位导致机器人重复定位精度下降。

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