详解|工业机器人内部机构详解

今天小编就给大家讲讲工业机器人内部结构的知识，教大家控制.驱动.传动.执行等一些关于机器人的基础知识。

不要低估这个基本内容。俗话说，磨刀不误砍柴，有坚实的基础，对以后的学习和拓展很有帮助。

德国kuka工业机器人。

主要内部结构结构。

一.机器人驱动装置。

概念：为了使机器人运行，传动装置需要放置在每个关节，即每个运动自由度。

功能：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。

驱动系统：可为液压传动、气动传动、电动传动或综合系统，可通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构间接驱动。

1.电动驱动装置。

电动驱动装置能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度高。但它们大多与减速装置相连，难以直接驱动。

电动驱动装置可分为直流（DC）、交流（AC）伺服电机驱动和步进电机驱动。直流伺服电机刷易磨损，易形成火花。无刷直流电机也得到了越来越广泛的应用。步进电机驱动多为开环控制，控制简单，但功率小，主要用于低精度、功率机器人系统。

电动运行前应进行以下检查：

1)电源电压是否合适(过压很可能会损坏驱动模块)；直流输入+/-极性不得连接错误，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)信号线控制牢固，工业现场最好考虑屏蔽(如双绞线)；

3)开始时不要连接所有需要连接的线，只连接成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接；

4)一定要搞清楚接地方法，还是浮空不接；

5)在开始运行的半小时内密切观察电机的状态，如运动是否正常、声音和温升，发现问题立即停止调整。

2.液压驱动。

直线运动通过缸体和活塞杆的相对运动完成。

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

缺点:需要增加液压源，容易产生液体泄漏，不适合高低温场合，因此液压驱动目前主要用于大功率机器人系统。

选择合适的液压油。防止固体杂质与液压系统混合，防止空气和水侵入液压系统。机械操作应柔和平稳，机械操作应避免粗糙，否则不可避免地会产生冲击负荷，使机械故障频繁，大大缩短使用寿命。注意气蚀和溢流噪声。在操作过程中，应始终注意液压泵和溢流阀的声音。如果液压泵有气蚀噪声，排气后不能消除，故障排除后才能使用。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、灵敏，具有缓冲作用。但与液压驱动装置相比，功率小、刚度差、噪音大、速度难以控制，多用于精度低的点控制机器人。

（1）它具有速度快、系统结构简单、维护方便、价格低廉的特点。适用于中小负荷机器人。然而，由于伺服控制难以实现，它主要用于程序控制机器人，如上、下、冲压机器人。

(2)在大多数情况下，它用于实现两位式或有限点控制。小机器人。

(3)目前控制装置多采用可编程控制器(PLC控制器)。气动逻辑元件可用于易燃易爆场合的控制装置。

二、直线传动机构。

传动装置是连接动力源和运动连杆的关键部分。根据关节的形式，常用的传动机构有直线传动和旋转传动机构。

直线传动可用于直角坐标机器人的X.Y.Z向驱动、圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动以及球坐标结构的径向伸缩驱动。

线性运动可通过齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将旋转运动转化为线性运动，也可由线性驱动电机或气缸或液压缸的活塞直接驱动。

1.齿轮齿条装置。

齿条通常是固定的。齿轮的旋转运动转换为托盘的直线运动。

优点：结构简单。

缺点:回差大。

2.滚珠丝杠。

将滚珠嵌入螺杆和螺母的螺旋槽中，并通过螺母中的导向槽使滚珠连续循环。

优点：摩擦小，传动效率高，无爬行，精度高。

缺点：制造成本高，结构复杂。

自锁问题:理论上滚珠丝杠副也可以自锁，但这种自锁在实际应用中并没有使用。

主要原因是可靠性差或加工成本高；由于直径与导程的比例很大，通常会添加一套自锁装置，如蜗轮蜗杆。

三.旋转传动机构。

旋转传动机构的目的是将电机驱动源输出的高速转换为低速，并获得更大的扭矩。机器人中使用较多的旋转传动机构有齿轮链。同步皮带和谐波齿轮。

1.齿轮链

(1)速度关系。

(2)扭矩关系。

2.同步皮带。

同步带是一种带有许多齿的皮带，它与同一齿的同步带轮啮合。工作时相当于软齿轮。

优点：无滑动，柔性好，价格便宜，重复定位精度高。

缺点：有一定的弹性变形。

3.谐波齿轮。

谐波齿轮由三个主要部件组成：刚性齿轮。谐波发生器和柔性齿轮一般固定，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转。

主要特点：

(1)传动比大，单级50-300；

(2)传动平稳，承载能力高；

(3)传动效率高，可达70%-90%；

(4)传动精度高，比普通齿轮传动高3-4倍；

(5)回差小，可小于3’；

(6)无法获得中间输出，柔轮刚度较低。

谐波传动装置已广泛应用于机器人技术先进的国家。就日本而言，60%的机器人驱动装置采用谐波传动。

美国送到月球的机器人使用谐波传动装置，其中一个上臂使用30个谐波传动机构。

前苏联送到月球的移动机器人登月者成对安装的8个轮子由封闭的谐波传动机构单独驱动。谐波传动机构用于德国大众开发的ROHREN.GEROTR30机器人和法国雷诺开发的VERTICAL80机器人。

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，以获取内外环境中有意义的信息。

2.智能传感器的使用提高了机器人的机动性.适应性和智能化水平。

3.传感器比人类信息，传感器比人类感觉系统更有效。

五.检测机器人的位置。

旋转光学编码器是最常用的位置反馈装置。光电探测器将光脉冲转换为二进制波形。通过计算脉冲数获得轴的得，旋转方向由两个方波信号的相对相位决定。

感应同步器输出两个模拟信号-轴转角的正弦信号和余弦信号。轴的转角是由这两个信号的相对幅值计算出来的。感应同步器通常比编码器更可靠，但分辨率较低。

电位计是最直接的位置检测形式。它连接到桥上，产生与轴角成正比的电压信号。然而，由于分辨率低、线性差和对噪声敏感。

速度计可以输出与轴转速成正比的模拟信号。如果没有这样的速度传感器，速度反馈信号可以通过检测到的位置相对于时间差来获得。

六.机器人力检测。

力传感器通常安装在操作臂以下三个位置：

1.安装在关节驱动器上。可以测量驱动/减速器本身的扭矩或力的输出。但不能很好地检测终端执行器与环境之间的接触。

2.安装在终端执行器和操作臂的终端关节之间，可称为腕力传感器。通常，在终端执行器上测量三到六个力/分量。

3.安装在终端执行器的指尖上。通常，这些感觉手指内置应变计，可以测量指尖上的一到四个分力。

七.机器人-环境交互系统。

1.机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中设备的连接与协调的系统。

2.工业机器人与外部设备集成。

3、也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。

八、人机交互系统

人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置。该系统归纳起来分为两大类: 指令给定装置和信息显示装置