各种机器人特点及应用简介

各种机器人特点及应用简介

一机器人的定义及分类：

机器人按ISO8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍：二关节型机器人

关节型机器人的结构类同人的手臂，由几个转动轴，摆动轴和手爪等6～7个自由度组成。生产厂家主要有德国Manutec公司，德国KUKA，德国REIS,日本Motorman,日本Yaskawa和沈阳新松等。关节型机器人的转动轴和摆动轴主要用伺服电机配几乎没有反向间隙的精密减速机或直驱力矩电机驱动，而其控制系统其难度也很大。各个厂家的关节型机器人其结构类同，主要差别在技术参数,下面以德国Manutec公司的关节型机器人为例介绍。

1是Manutec公司型号为r15-30的6自由度通用关节机器人，额定负载30公斤，最大可达到75公斤，工作半径1.3米，重复定位精度小于0.04mm，点到点的最大运行速度高达5.9m/s，加速度高达23m/s2和工作寿命20年。可以坐立式安装，可以是掉挂式安装，也可以与水平面小于30度角的斜式安装，不影响其各项技术指标。r15可以选配防爆式的，也可以选配一级洁净式等。

r15-30主要特点是强度大刚性好和重复定位精度高，主要应用领域是其它厂家的关节型机器人由于刚性和精度不够无法应用的领域，而用5轴加工中心成本太高或无法胜任的工作。如磨齿，异形铣削，壳（腔）内部铣削，www.zr-robot.com，磨，抛，切割和焊接等。

在手爪末端可以配力传感器，来加工异形表面（如铣削，磨和抛）。一个机器人也可以与双工作台及各种的双旋转轴协调同步运动。也可以是两个机器人协调同步工作，如一台机器人抓取工件，而令一台机器人对该工件进行加工，两台机器人同步协调完成特定的加工轨迹。

其它厂家的关节机器人主要应用在汽车焊接和装配等任务中。关节型机器人的优点是可以从不同角度不同方位来工作，速度快，工作效率高。但主要缺点是工作半径小，负载小，价格高，应用难度大和维护费用高。

作为关节机器人的简化型机器人SCARA就是两个摆动轴和一个上下运动轴，其特点是简单，经济，适合工作空间小，负载小、高速搬运。但它的价位高于直角坐标机器人，应用行业和数量非常小。

三特种机器人

移动机器人就是能自主移动或上下楼梯的电动车，主要用于生产现场货物的自主运输和排险作业，或进入有污染和放射的环境内取样及监视等。还有一些移动机器人就是仿造一些动物，用腿和爪行走路的行走机器人，子锐机器人维修，如美国的军用狗，还处于适用阶段。水下机器人与潜艇能自主潜入水下完成对海上钻井平台的水下建筑、发电站的水下闸门、海底打捞等工程的录像和监控。洁净式机器人主要是穿上防护衣的关节型机器人，使其自身有良好的密封性，不把灰尘带入工作现场，自身也不会产生灰尘，他们主要应用于电子器件，食品和药品等生产中。国际对洁净机器人的洁净度有明确的定义。军用机器人主要是小型移动车，遥控飞机或电子狗等，他们完成危险场所的一些作业，如排雷，布雷，现场监控，射击摧毁特定目标等。尽管目前服务机器人主要是玩具式的自治电动车，在其上面装有视觉和超声等装置使其可以在家里无碰撞移动，对不同位置进行照像，用来防盗，检测煤汽泄露，无线发送信息和接收指令，运输物品等等。但未来服务机器人的功能会不断增强，不断深入到人们日产生活的各个方面。还有手术机器人，航天机器人，挤牛奶机器人和核电站专用机器人等专用机器人。

四直角坐标机器人

作为在各行各业中最广泛应用的直角坐标机器人，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个摆动轴和一个旋转轴。在绝大多数情况下直角坐标机器人的各个直线运动轴间的夹角为直角。

4.1直角坐标机器人的组成

2是一个典型的3D直角坐标机器人，它由X轴,Y轴,Z轴及驱动电机组成。此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓，下面分别予以介绍：

4.1.1直线运动轴:也叫直线运动单元，它就是一个独立的运动轴，主要由支撑载体的铝型材或钢型材和被安装在型材内部的直线导轨、运动滑块以及作为带动滑块做高速运动的同步带组成。

4.1.2运动轴的驱动系统

直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动，同步带带动直线导轨上的滑块运动。当驱动轴的最高转速低于600转/分时通常选用步进电机，否则选用交流伺服电机。

4.1.3直角坐标机器人的控制系统

机器人要在一定时间内完成特定的任务，比如每10秒内完成一次搬运工作。在完成抓取，加速运动，高速运动，减速运动，释放工件等同时，还要与相关的设备通过通讯或I/O口实现一些时序上的协调同步。另外在涂胶应用上，各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数、I/O口数量和软件功能。通常选用数控系统，PLC，工控机加运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机来做控制系统。

4.1.4直角坐标机器人的末端操作器——手爪系统

根据其具体应用情况，其手爪系统可能是气动吸盘、气动夹取手爪、电动夹取手爪、电磁吸取手爪、焊枪、胶枪、专用工具和检测仪器等。在很多场合可以一次抓取多个工件。

很多厂家已开发出一些标准的直线运动单元及其组合，下面结合德国百格拉公司的产品来介绍直角坐标机器人的技术数据及应用。

4.2德国百格拉公司直角坐标机器人简介

德国百格拉公司是世界上最著名的直角坐标机器人供应商之一，生产多种规格的直线运动单元，步进电机，交流伺服电机，直线电机和多轴数控系统。以此为基础在短时间内可以提供各种规格的线性导轨、二维、三维标准机器人及用户专用机器人和生产线。这些机器人可以装备焊枪、各种通用手抓或专用工具。它们按需要在定义好的3D空间内可靠、精确和快速地定位，沿直线或圆弧插补运动。完成焊接、搬运和上下料、包装、码垛、拆垛、检测、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。由于所有部件全部自己生产，使得机器人整体性能更加优异。

4.2.1龙门轴直线运动单元