6轴关节机器人的工作原理分析

2018-10-10 18:28:12 康道昊威 65

  一、什么是关节机器人?

 

  关节机器人(Robot joints),也称关节手臂机器人或关节机械手臂,是当今工业领域中常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业,比如,自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。

 

  常见的六轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构,关节一至关节四的驱动电机为空心结构,关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见,空心轴结构的电机一般较大。

 

  采用空心轴电机的优点是:机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过,无论关节轴怎么旋转,管线不会随着旋转,即使旋转,管线由于布置在旋转轴线上,所以具有小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说,管线布局是难点之一,怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线(六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等),使其不受关节轴旋转的影响,是一个值得深入考虑的问题。

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  二、6轴关节机器人关节设计

 

  六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂,因为在腕部同时集成了三种运动。小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器。图4较为详细地描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构,其腕部关节用到了两个谐波减速器,两个同步齿型带传动输入,中间还用到了一对锥齿轮副传动。

 

  对于复杂的整体叶轮等采用六轴联动机器人会更方便。混合型六轴联动机器人的结构形式由三个直线运动轴,两个转动轴和一个摆动轴组成。其中三个直线运动轴是典型的悬臂型直角坐标机器人,也可以是龙门式三维直角坐标机器人。在上下运动的Z轴下端带动一个旋转轴,旋转轴带动一个摆动轴,摆动轴末端再带动一个旋转轴。末端的旋转轴带动手爪。由于两个旋转轴和一个摆动轴其实就是关节机器人的末端三个运动轴,所以六轴混合机器人就是三轴直角坐标机器人加上关节机器人的三个末端运动轴组合而成。

 

  三、6轴关节机器人的优点

 

  1)结构紧凑,工作范围大而安装占地面积小。

 

  2)具有很高的可达性。关节坐标式机器人可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内进行作业,而直角坐标式机器人不能进行此类作业。

 

  3)因为没有移动关节,所以不需要导轨。转动关节容易密封,由于轴承件是大量生产的标准件,则摩擦小,惯性小,可靠性好。

 

  4)所需关节驱动力矩小,能量消耗较小。

 

  5)代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作。

 

  四、6轴关节机器人的缺点

 

  1)肘关节和肩关节轴线是平行的,当大、小臂舒展成一直线时,虽能抵达很远的工作点,但机器人的结构刚度比较低。

 

  2)机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。

 

  3)价格高,导致初期投资的成本高。

 

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