详解工业机器人的机械结构及技术指标

　　机器人的主要技术参数

　　机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。

　　1.自由度

　　机器人具有的独立坐标轴运动的数目。 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目。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。。机器人的自由度数一般等于关节数目。 机器人常用的自由度数一般不超过5～6个。

　　2.关节（Joint）

　　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、工作空间

　　机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。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。机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。

　　4.工作速度

　　机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，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.工作载荷

　　指机器人在工作范围内任何位置上所能承受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表示。还和运行速度和加速度大小方向有关，一般规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。

　　6.分辨率

　　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程度。或在相同的位置指令下，机器人连 续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。

　　三、机器人常用材料

　　1）碳素结构钢和合金结构钢 这类材料强度好，特别是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量E大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料。

　　2）铝、铝合金及其他轻合金材料 这类材料的共同特点是重量轻，弹性模量E并不大，但是材料密度小，故E/ρ之比仍可与钢材相比。有些稀贵铝合金的品质得到了更明显的改善，例如添加3.2％（重量百分比）锂的铝合金，弹性模量增加了14％，E/ρ比增加了16％。

　　3）纤维增强合金 这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其E/ρ比分别达到11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属材料具有非常高的E/ρ比，但价格昂贵。

　　4）陶瓷 陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，不易加工，日本已经试制了在小型高精度机器人上使用的陶瓷机器人臂样品。

　　5）纤维增强复合材料 这类材料具有极好的E/ρ比，而且还具有十分突出的大阻尼的优点。传统金属材料不可能具有这么大的阻尼，所以在高速机器人上应用复合材料的实例越来越多。

　　6）粘弹性大阻尼材料 增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处理。

　　四、机器人主要结构

　　㈠、机器人驱动装置

　　概念：要使机器人运行起来， 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置 作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。

　　驱动系统：可以是液压传动、气动传动、电动传动， 或者把它们结合起来应用的综合系统; 可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。

　　1.电动驱动装置

　　电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。

　　电动驱动装置又可分为直流（DC）、交流（AC）伺服电机驱动和步进电机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。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，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。

　　电动上电运行前要作如下检查：

　　1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）； 对于直流输入的+/-极性一定不能接错，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）控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）；

　　3）不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接。

　　4）一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接。

　　5）开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。

　　2.液压驱动

　　通过高精度的缸体和活塞来完成，通过缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。

　　优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。

　　缺点：需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。

　　选择适合的液压油。 防止固体杂质混入液压系统，防止空气和水入侵液压系统 。机械作业要柔和平顺机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。

　　要注意气蚀和溢流噪声。作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现“气蚀”噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才能使用。 保持适宜的油温。液压系统的工作温度一般控制在30～80℃之间为宜。

　　3.气压驱动

　　气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。 。但与液压驱动装置相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。