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第四节　工业机器人

国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：

工业机器人是一种能自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。工业机器人不同于机械手。工业机器人具有独立的控制系统，可以通过编程实现动作程序的变化;而机械手只能完成简单的搬运、抓取及上下料工作，它一般作为自动机或自动线上的附属装置，工作程序固定不变。

一、工业机器人的组成和分类

(一)工业机器人的组成

工业机器人一般由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。

1.操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。

末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。其上可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种。

2.驱动装置。驱动装置为操作机工作提供动力。按所采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。

3.控制系统。控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。

计算机控制一般设计成二或三级。二级控制系统：第一级监控、作业管理、自诊断。第二级控制各关节伺服系统。

三级控制系统：分为决策级;策略级;执行级。

机器人传感器分为内部和外部：内部传感器测量自身运动速度、姿态、加速。外部传感器测量外部环境作业对象和工况。

(二)工业机器人的分类

1.按坐标形式分。

(1)直角坐标式(PPP)。机器人末端执行器(手部)空间位置的改变是通过三个互相重直的坐标x、y、z轴的移动来实现的。

(2)圆柱坐标式(RPP)。机器人末端执行器空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。

(3)球坐标式(RRP)。又称极坐标式，机器人手臂的运动由一个直线运动和二个转动组成，即沿x轴的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。

(4)关节坐标式(RRR)。又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面(水平)关节坐标。

2.按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。

(1)电力驱动。使用最多，驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。目前交流伺服电动机是主流。

(2)液压驱动。有很大的抓取能力(可抓取高达上千牛力)，液压力可达7Mpa，液压传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，对温度敏感。

(3)气压驱动。结构简单、动作迅速、价格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，抓取力小(几十牛力至一百牛力)。

3.按控制方式分。

(1)点位控制。适用于上下料、点焊、卸运等作业。

(2)连续轨迹控制。采用这种控制方式的机器人，常用于焊接、喷漆和检测等作业。

二、工业机器人的特性参数和技术要求

(一)特性参数

1.坐标型式：直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等

2.运动自由度数：一般少于 6 个

3.各自由度的动作范围

4.自由度的动作速度

5.额定负载

6.精度

表5—3工业机器人的主要特性参数

项目名称说明

坐标形式常用的坐标形式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等

运动自由度数自由度数表示机器人动作的灵活程度;机器人的自由度一般少于6个，也有多于6个的

各自由度的动作范围自由度的动作范围是指各关节的活动范围;各关节的基本动作范

围决定了机器人操作机工作空间的形状和大小

各自由度的动作速度各自由度的动作速度是指各关节的极限速度

额定负载额定负载是指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值

精度精度主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等，

(二)技术要求

1.外观和结构。工业机器人要求布局合理、操作方便、造型美观、便于维修;无漏油、漏气现象;润滑冷却情况良好;机构动动应灵活、平稳、可靠。

2.电气设备。动力线与信号线尽可能分开远离，信号线应采用屏蔽、双绞等抗干扰技术;在运动中突然停电后，恢复供电时不得自行接通; 非接地处的绝缘电阻不得小于5MΩ;电子元器件一般应进行老化处理;控制柜应具有良好的通风、散热措施;电源电压波动允许±10%,频率允许50±1HZ。

3.可靠性。采用平均无故障工作时间(MTBF)及可维修时间(MTTR)作为衡量可靠性的指标。

4.安全性。安全性要求应满足《工业机器人安全规范》(GB11291-89)的规定。

三、工业机器人的编程方式

对于重复操作型机器人，所面对的作业任务比较简单，一般采用示教编程方式编程。

对于动作复杂，操作精度要求高的工业机器人(如装机器人)，采用工业机器人语言编程方式编程。

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（责任编辑：中大编辑）

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