當(dāng)設(shè)計一個涉及移動物體或者某種重復(fù)性運動功能的自動化項目時,機(jī)器人的加入會使這個項目獲益,選擇正確的機(jī)器人類型會降低設(shè)計成本和提高成功率。簡單的應(yīng)用程序只會使用一組重復(fù)不變的編程運動,而增添機(jī)器視覺系統(tǒng),或者增加與機(jī)器人控制系統(tǒng)連接的一組現(xiàn)場感應(yīng)設(shè)備能夠讓機(jī)器人實現(xiàn)自適應(yīng)運動,這種自適應(yīng)運動能夠改變機(jī)器人實際的運動定位。
機(jī)器人供應(yīng)商可以幫助用戶選擇帶有定位功能的系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)上有很多視頻展示了多種運動中的機(jī)器人系統(tǒng),觀看這些視頻時請記得:如果視頻源自制造商,那么視頻中的機(jī)器人通常是在其性能達(dá)到極限的情況下運行的。但是在實際使用中,機(jī)器人在它的性能達(dá)到極限時還能不斷運行是做不到的。
許多機(jī)器人制造商提供建模和仿真軟件幫助客戶選擇最能滿足其需求的機(jī)器人?!癓OSTPED”有助于定義研發(fā)機(jī)器人參數(shù)所需的信息,負(fù)荷、趨向、速度、運行、精確度、環(huán)境和任務(wù)周期是正確規(guī)劃和設(shè)計機(jī)器人系統(tǒng)或任何運動控制應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)點。
可供客戶選擇的幾種通用的機(jī)器人類型中,每種機(jī)器人都有一些附加功能可以根據(jù)客戶要求定制應(yīng)用。
多關(guān)節(jié)機(jī)器人
大多數(shù)人一想到工業(yè)機(jī)器人,他們腦海中就會浮現(xiàn)出某種多關(guān)節(jié)機(jī)器人。 這種類型的機(jī)器人常常出現(xiàn)在電視廣告和工業(yè)相關(guān)的視頻中。多關(guān)節(jié)機(jī)器人并沒有嚴(yán)格的定義,它被描述為具有固定基座,有4~6軸的關(guān)節(jié)。其實,少至2軸和多達(dá)10軸的關(guān)節(jié)機(jī)器人也是有的。此外,機(jī)械手臂末端工具(EOAT)可以提供更多的運動選項。多關(guān)節(jié)機(jī)器人的一個標(biāo)準(zhǔn)特征是它們能夠在三維空間或工作空間中工作。多關(guān)節(jié)機(jī)器人最大的工作空間類似一個球體,它通常使用極坐標(biāo)系定義空間中的點。
由于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的工作范圍很大,它可以將機(jī)械手臂末端工具以幾乎任意角度放置在接近無限數(shù)量的平面上,因此它的用途十分廣泛。例如在焊接中,多關(guān)節(jié)機(jī)器人使用任意一種焊接技術(shù)都比工人完成的更具連續(xù)性和可重復(fù)性。當(dāng)工件處于固定位置時,焊嘴可以精確定位最佳的距離、角度和速度。即使工件不垂直于機(jī)器人底座,機(jī)器人也可以利用3D激光器和機(jī)器視覺進(jìn)行精確、可重復(fù)的檢測。多關(guān)節(jié)機(jī)器人的其他應(yīng)用包括噴漆、鉆孔、攻絲、切割、取放、物料搬運、包裝和組裝。
在本文討論的機(jī)器人類型中,多關(guān)節(jié)機(jī)器人的定價較高。通??梢酝ㄟ^直接教授要點和動作來完成對多關(guān)節(jié)機(jī)器人的簡單運動的編程,復(fù)雜的定位則需要為控制器編寫代碼?,F(xiàn)場工作人員可以對機(jī)器人的位置進(jìn)行修改或者微調(diào)。
SCARA機(jī)器人
選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂機(jī)器人(SCARA)在固定位置有一個牢固的底座,它的機(jī)器手臂固定在z軸上,同時在xy軸上旋轉(zhuǎn)運動,機(jī)械手臂的中間還有一個附加的xy軸關(guān)節(jié),手臂末端的線性驅(qū)動器使Z軸運動對底座平面成90度,線性驅(qū)動器還有一個額外的θ軸,這樣scara機(jī)器人共具有四個軸。從眾多方面來看,SCARA機(jī)器人模仿了人類手臂的運動,該機(jī)器人最大的工作空間相當(dāng)于圓柱體的一部分。
在操作中,SCARA機(jī)器手臂可以高速運行的同時還保持高精度定位。如果操作平面都相互平行,那么物料搬運和產(chǎn)品組裝通??梢允褂肧CARA機(jī)器手臂完成。在工具末端使用位移激光器可以在裝配線上實現(xiàn)高速的三次元坐標(biāo)測量儀(CMM)功能。配備機(jī)器視覺系統(tǒng)的SCARA機(jī)器人可以完成精密的非接觸式檢測。在機(jī)器手臂工具端安裝激光器、等離子切割器和路由器能夠?qū)崿F(xiàn)精確的蝕刻、切割和銑削操作。
SCARA機(jī)器人承受的物體重量會在其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上產(chǎn)生徑向載荷,所以它的軸承必須足夠堅固,才能在機(jī)器人預(yù)期的使用期限內(nèi)充分發(fā)揮作用。SCARA機(jī)器人負(fù)載的動量不能高至使電機(jī)運轉(zhuǎn)減慢和手臂停止運動。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人
直角坐標(biāo)型機(jī)器人(Cartesian)通??梢圆倏乇榷嚓P(guān)節(jié)機(jī)器人或SCARA機(jī)器人更重的負(fù)載,而它的成本更低。直角坐標(biāo)型機(jī)器人利用框架結(jié)構(gòu)分擔(dān)負(fù)載重量(圖3)。直角坐標(biāo)型機(jī)器人在x、y和z軸上進(jìn)行線性運動,同時它也被限制在框架內(nèi)運動,不過框架的長度可達(dá)成百上千米或英尺??蚣芸梢允菢?biāo)準(zhǔn)或半標(biāo)準(zhǔn)的線性滑軌和滾珠絲杠,這樣的架構(gòu)可以讓直角坐標(biāo)型機(jī)器人在必要時改變用途。直角坐標(biāo)型機(jī)器人的工作空間類似于一個矩形,它使用笛卡爾坐標(biāo)系進(jìn)行定位。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人常用于產(chǎn)品的取放,也可用于涂密封劑,控制路由器、激光器和等離子切割機(jī)或任何適合在機(jī)器人工作空間進(jìn)行的運動。
Delta機(jī)器人
Delta機(jī)器人有三組平行的手臂和旋轉(zhuǎn)式或線性驅(qū)動器。當(dāng)對驅(qū)動器施加作用力時,末端執(zhí)行器會在x、y和z軸上移動但是不會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。Delta機(jī)器人的設(shè)計初衷是運用于輕型負(fù)載的取放活動,它的其他用途包括3D打印、手術(shù)和裝配操作。Delta機(jī)器人使用輕型手臂,這種手臂慣性很小,移動速度非???。與機(jī)械臂不同,Delta機(jī)器人可以在其工作空間內(nèi)進(jìn)行360度的圓形移動。