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【原创】详解 | 多关节机器人、SCARA机器人、直角坐标型机器人和 Delta机器人

原创|工业机器人之家|2018-01-18 09:50

当设计一个涉及移动物体或者某种重复性运动功能的自动化项目时,机器人的加入会使这个项目获益,选择正确的机器人类型会降低设计成本和提高成功率。简单的应用程序只会使用一组重复不变的编程运动,而增添机器视觉系统,或者增加与机器人控制系统连接的一组现场感应设备能够让机器人实现自适应运动,这种自适应运动能够改变机器人实际的运动定位。

机器人供应商可以帮助用户选择带有定位功能的系统。互联网上有很多视频展示了多种运动中的机器人系统,观看这些视频时请记得:如果视频源自制造商,那么视频中的机器人通常是在其性能达到极限的情况下运行的。但是在实际使用中,机器人在它的性能达到极限时还能不断运行是做不到的。

许多机器人制造商提供建模和仿真软件帮助客户选择最能满足其需求的机器人。“LOSTPED”有助于定义研发机器人参数所需的信息,负荷、趋向、速度、运行、精确度、环境和任务周期是正确规划和设计机器人系统或任何运动控制应用所需的数据点。

可供客户选择的几种通用的机器人类型中,每种机器人都有一些附加功能可以根据客户要求定制应用。

多关节机器人

大多数人一想到工业机器人,他们脑海中就会浮现出某种多关节机器人(图1)。 这种类型的机器人常常出现在电视广告和工业相关的视频中。多关节机器人并没有严格的定义,它被描述为具有固定基座,有4~6轴的关节。其实,少至2轴和多达10轴的关节机器人也是有的。此外,机械手臂末端工具(EOAT)可以提供更多的运动选项。多关节机器人的一个标准特征是它们能够在三维空间或工作空间中工作。多关节机器人最大的工作空间类似一个球体,它通常使用极坐标系定义空间中的点。

【原创】详解 | 多关节机器人、SCARA机器人、直角坐标型机器人和 Delta机器人

(图1)

由于多关节机器人的工作范围很大,它可以将机械手臂末端工具以几乎任意角度放置在接近无限数量的平面上,因此它的用途十分广泛。例如在焊接中,多关节机器人使用任意一种焊接技术都比工人完成的更具连续性和可重复性。当工件处于固定位置时,焊嘴可以精确定位最佳的距离、角度和速度。即使工件不垂直于机器人底座,机器人也可以利用3D激光器和机器视觉进行精确、可重复的检测。多关节机器人的其他应用包括喷漆、钻孔、攻丝、切割、取放、物料搬运、包装和组装。

在本文讨论的机器人类型中,多关节机器人的定价较高。通常可以通过直接教授要点和动作来完成对多关节机器人的简单运动的编程,复杂的定位则需要为控制器编写代码。现场工作人员可以对机器人的位置进行修改或者微调。

SCARA机器人

选择顺应性装配机器手臂机器人(SCARA)在固定位置有一个牢固的底座(图2),它的机器手臂固定在z轴上,同时在xy轴上旋转运动,机械手臂的中间还有一个附加的xy轴关节,手臂末端的线性驱动器使Z轴运动对底座平面成90度,线性驱动器还有一个额外的θ轴,这样SCARA机器人共具有四个轴。从众多方面来看,SCARA机器人模仿了人类手臂的运动,该机器人最大的工作空间相当于圆柱体的一部分。

【原创】详解 | 多关节机器人、SCARA机器人、直角坐标型机器人和 Delta机器人

(图2)

在操作中,SCARA机器手臂可以高速运行的同时还保持高精度定位。如果操作平面都相互平行,那么物料搬运和产品组装通常可以使用SCARA机器手臂完成。在工具末端使用位移激光器可以在装配线上实现高速的三次元坐标测量仪(CMM)功能。配备机器视觉系统的SCARA机器人可以完成精密的非接触式检测。在机器手臂工具端安装激光器、等离子切割器和路由器能够实现精确的蚀刻、切割和铣削操作。

SCARA机器人承受的物体重量会在其旋转关节上产生径向载荷,所以它的轴承必须足够坚固,才能在机器人预期的使用期限内充分发挥作用。SCARA机器人负载的动量不能高至使电机运转减慢和手臂停止运动。

直角坐标型机器人

直角坐标型机器人(Cartesian)通常可以操控比多关节机器人或SCARA机器人更重的负载,而它的成本更低。直角坐标型机器人利用框架结构分担负载重量(图3)。直角坐标型机器人在x、y和z轴上进行线性运动,同时它也被限制在框架内运动,不过框架的长度可达成百上千米或英尺。框架可以是标准或半标准的线性滑轨和滚珠丝杠,这样的架构可以让直角坐标型机器人在必要时改变用途。直角坐标型机器人的工作空间类似于一个矩形,它使用笛卡尔坐标系进行定位。

【原创】详解 | 多关节机器人、SCARA机器人、直角坐标型机器人和 Delta机器人

(图3)

直角坐标型机器人常用于产品的取放,也可用于涂密封剂,控制路由器、激光器和等离子切割机或任何适合在机器人工作空间进行的运动。

Delta机器人

Delta机器人有三组平行的手臂和旋转式或线性驱动器(图4)。当对驱动器施加作用力时,末端执行器会在x、y和z轴上移动但是不会出现旋转。Delta机器人的设计初衷是运用于轻型负载的取放活动,它的其他用途包括3D打印、手术和装配操作。Delta机器人使用轻型手臂,这种手臂惯性很小,移动速度非常快。与机械臂不同,Delta机器人可以在其工作空间内进行360度的圆形移动。

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(图4)

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