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产业机械人根基首要组成部分

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 楼主| 赴疱筏 发表于 2021-12-5 07:12:47 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
产业机械人普遍利用在产业制造上,汽车制造、电器、食品等,能替换频频机械式操纵工作,是靠自己动力和控制才能来实细髦种功用的一种机械。它可以承受人类批示,也可以依照事前编排的法式运转。现在我们讲讲产业机械人根基首要组成部分。


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1.主体

主体机械即机座和实行机构,包括大臂、小臂、腕部和手部,组成的多自在度的机械系统。有的机械人还有行走机构。产业机械人有6个自在度甚至更多腕部浅显有1~3个活动自在度。


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2.驱动系统

产业机械人的驱动系统,按动力源分为液压,气动和电动三大类。根据需求也可由这三种典范组合并复合式的驱动系统。大概经过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。驱动系统有动力装配和传动机构,用以实行机构发生响应的行动,这三类底子驱动系统的各有特点,现在支流的是电动驱动系统。

由于低惯量,大转矩交、直流伺服机电及其配套的伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)的普遍采取。这类系统不需能量转换,应用方便,控制灵敏。大大都机电前面需安装邃密的传动机构:减速器。其齿应用齿轮的速度转换器,将机电的反转数减速到所要的反转数,并获得较大转矩的装配,从而下降转速,增加转矩,当负载较大时,一味提升伺服机电的功率是很不划算的,可以在适宜的速度范围内经过减速器来进步输出扭矩。伺服机电在低频运转下轻易发热和出现低频振动,长时候和反复性的工作晦气于确保其正确性、坚固地运转。邃密减速机电的存在使伺服机电在一个适宜的速度下运转,增强机械体刚性的同时输出更大的力矩。现在支流的减速器有两种:谐波减速器和RV减速


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3.控制系统

机械人控制系统是机械人的大脑,是决议机械人功用和功用的首要要素。控制系统是依照输入的法式对驱动系统和实行机构发出指令信号,并停止控制。产业机械人控制技术的首要使命即是控制产业机械人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、行动的时候等。具有编程简单、软件菜单操纵、友爱的人机交互界面、在线操纵提醒和应用方便等特点。

控制器系统是机械人的中心,本国有关公司对我国尝试慎密封锁。比年来随着微电子技术的展开,微处置器的功用越来越高,而代价则越来越廉价,现在阛阓上已经出现了1-2美金的32位微处置器。高性价比的微处置器为机械人控制器带来了新的展开机遇,使斥地低本钱、高功用的机械人控制器成为能够。为了使系统具有充沛的运算与存储才能,现在机械人控制器多采取较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。

由于已有的通用芯片功用及功用上不成以完全满足有些机械人系统在代价、功用、集成度和接口等方面的要求,这就萌生了机械人系统对SoC(Systemon Chip)技术的需求,将特定的处置器与所需求的接口集成在一同,可简化系统外围电路的设想,削减系统尺寸,并低低本钱。例如,Actel公司将NEOS或ARM7的处置器内核集成在其FPGA产物上,组成了一个完整的SoC系统。在机械人技术控制器方面,其钻研首要会合在美国和日本,并有成熟的制品,如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其活动控制器以DSP技术为焦点,采用基于PC的开放式结构。


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4.感知系统

它是内部传感器模块和内部传感器模块的组成,获得内部和内部的情况状态中成心义的信息。

内部传感器:用来检测机械人自己状态(如手臂间的角度)的传感器,多为检测位置和角度的传感器。具体有:位置传感器、位置传感器、角度传感器等。

内部传感器:用来检测机械人所处情况(如检测物体,间隔物体的间隔)及状态(如检测抓取的物体能否滑落)的传感器。具体有间隔传感器、视觉传感器、力觉传感器等。

智能传感系统的利用进步了机械人的灵活性,适用性和智能化的标准,人类的感知系统对内部天下信息是机械野生致的,但是,对于一些特许的信息,传感器比人的系统加倍有用。


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5.结尾履行器

结尾履行器毗连在机械手最初一个枢纽上的部件,它一般用来抓取物体,与其他机构毗连并履行需要的使命。机械人制造上一般不设想或出售结尾履行器,大都情况下,他们只供给一个简单的抓持器。凡是结尾履行器安装在机械人6轴的法兰盘上以完成给定情况中的使命,如焊接,喷漆,涂胶以及零件装卸等就是需要机械人来完成的使命。


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伺服机电的概述

伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服机电的一种控制器,其感化类似于变频器感化于普通交换马达,属于伺服系统的一部分。通常为经过位置、速度和力矩三种方式对伺服机电停止控制,实现高精度的传动系统定位。


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一、伺服机电的分类

分为直流和交换伺服电动机两大类,交换伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机,今朝交换系统正在逐步取代直流系统。与直流系统相比,交换伺服机电具有高牢靠性、散热好、转动惯量小、能工作于高压状态下等优点。由于无电刷和转向器,故人流私服系统也成为无刷伺服系统,用于其中的机电是无刷结构的笼型异步机电和永磁同步型机电。

1)直流伺服机电分为有刷和无刷机电

①有刷机电本钱低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制轻易,需要保护,但保护方便(换碳刷),发生电磁干扰,对利用情况有要求,凡是用于对本钱敏感的普通产业和民用处所;

②无刷机电体积小重量轻,出力大响应快,速度高惯量小,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以方波或正弦波换相,机电免保护,高效节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各类情况。


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二、分歧范例伺服机电的特点

1)直流伺服机电的优点和弱点

优点:速度控制切确,转矩速度特征很硬,控制道理简单,利用方便,价格廉价。

弱点:电刷换向,速度限制,附加阻力,发生磨损微粒(无尘易爆情况不宜)

2)交换伺服机电的优点和弱点

优点:速度控制特征杰出,在全部速度区内可实现平滑控制,几近无振荡,90%以上的高效力,发热少,高速控制,高切确度位置控制(取决于编码器精度),额定运转地区内,可实现恒力矩,惯量低,低乐音,无电刷磨损,免保护(适用于无尘、易爆情况)。

弱点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调剂PID参数肯定,需要更多的连线。

今朝支流的伺服驱动器均采用数字信号处置器(DSP)作为控制焦点,可以实现比力复杂的控制算法,实现数字化、收集化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为焦点设想的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测庇护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动进程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先经过三相全桥整流电路对输入的三相电大概市电停止整流,获得响应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再经过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交换伺服机电。功率驱动单元的全部进程可以简单的说就是AC-DC-AC的进程。整流单元(AC-DC)首要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。


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三、伺服系统接线图

1.驱动器接线


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伺服驱动器首要有控制回路电源、主控制回路电源、伺服输出电源、控制器输入CN1、编码器接口CN2、毗连起CN3。控制回路电源是单相AC电源,输入电源可单相、三相,可是必须是220v,就是说三相输入时,我们的三相电源必须经过变压器变压才能接,对于功率较小的驱动器,可单相间接驱动,单相接法必须接R、S端子。伺服机电输出U、V、W牢记万万不能与主电路电源毗连,有能够烧毁驱动器。CN1端口首要用于上位机控制器的毗连,供给输入、输出、编码器ABZ三相输出、各类监控信号的模拟量输出。

2 编码器接线


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从上图看出九个端子我们只利用了5个,一个屏障线、电源线两根、串行通讯信号(+-)两根,与我们普通的编码器接线差不多。

03 通讯端口


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驱动器经过CN3端口与电脑PLC、HMI等上位机相毗连,采用MODBUS通讯来控制驱动器,可利用RS232、RS485停止通讯。

四、伺服驱动器市场

机械人对枢纽驱动机电的要求很是严酷,交换伺服机电在产业机械人中获得普遍利用。今朝国内高端市场首要被国外名企占据,首要来自日本和欧美,未来国产替换空间大。今朝国外品牌占据了中国交换伺服市场近80%的市场份额,首要来自日本和欧美。其中,日系产物以约50%的市场份额居首,其著名品牌包括松下、三菱机电、安川、三洋、富士等,其产物特点是技术和性能水平比力合适中国用户的需求,以杰出的性价比和较高的牢靠性获得了稳定且延续的客户源,在中小型OEM市场上特别具有把持上风。

紧密减速器

比来看了一则消息:机械人产业要废除“卡脖子”困难,感慨挺深。随着野生本钱的进步,产业机械人替换人已成为趋向。产业机械人作为智能制造的基石,但焦点零部件却制约着我国机械人产业的成长,据相关观察显现今朝国内机械人减速器普通依靠进口。机械人产业在中国要成天气,必须下决心处理焦点零部件的题目。


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下面先容产业机械人焦点紧密零部件:减速器,与通用减速器相比,机械人用减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。减速器行业,我们不能不提这行业两巨头是Nabtesco(帝人,也叫纳博特斯克)和Hamonica Drive(哈默纳科),业界俗称(RV减速器和谐波减器)。他们几近把持了全球的机械人用减速器。这两种减速器都是微米级的加工精度,光这一条在量产阶段牢靠性高就很难了,更别说几千转的高速运转,而且还要遐龄命。今朝市道上的大量利用在产业机械人上的减速器首要有两类:RV减速器和谐波减速器。

RV减速器:是少齿差啮合,但相对于谐波减速器,RV减速器凡是用的是摆线针轮,RV减速器由摆线针轮和行星支架组成。相比谐波减速器,RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速用具有更高的疲惫强度、刚度和寿命,不像谐波传动那样随着利用时候增加,活动精度会明显下降,其弱点是重量重,外形尺寸较大。RV减速器用于转矩大的机械人腿部腰部和肘部三个枢纽,负载大的产业机械人,一二三轴都是用RV减速器。

它较机械人中常用的谐波传动具有高很多的疲惫强度、刚度和寿命,而且回差精度稳定,不像谐波传动那样随着利用时候增加活动精度就会明显下降,故天下上很多国家高精度机械人传动多采用RV减速器,是以,该种RV减速器在先辈机械人传动中有逐步取代谐波减速器的成长趋向。


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RV减速器分化图

谐波减速器:用的也是少齿差啮合,谐波里的一种关键齿轮是柔性的,它需要频频的高速变形,所以它比力懦弱,承载力和寿命都有限。

谐波减速器是谐波传动装配的一种,谐波传动装配包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器首要包括:刚轮、柔轮、和径向变形的波发生器三者组成。它是操纵柔性齿轮发生可控制的弹性变形波,引发刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和活动。这类传动与一般的齿轮传递具有本质上的不同,在啮公道论、调集计较和结构设想方面具有特别性。谐波齿轮减速用具有高精度、高承载力等优点,和普通减速器相比,由于利用的材料要少50%,其体积及重量最少削减1/3。所以谐波减速机主用于小型机械人,特点是体积小、重量轻、承载才能大、活动精度高,单级传动比大。一般用于负载小的产业机械人或大型机械人结尾几个轴。


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谐波减速器分化图

日本纳博特斯克公司从1980年月初提出RV型设想到1986年RV减速器研讨获得本色性冲破,花了6-7年时候;而国内率先拿出成果的南通振康和恒丰泰花费时候也为6-8年。能否是意味着我国外乡企业就没什么机遇了呢!可喜的是中国企业结构多少年后,终究获得一些冲破。国产首要由南通振康、秦川机床、武汉精华、浙江恒丰泰和浙江双环传动供给。听说南通振康产量已经冲破万台,秦川机床生产线已经买通,产量正在慢慢上升。秦川机床的是国家进口替换项目,秦川机床9万套产业机械人关减省速器技术革新项目、产业机械人关减省速器生产线两项合计投资3.14亿元。

控制系统

机械人控制系统是机械人的大脑,是决议机械人功用和功用的首要要素。控制系统是依照输入的法式对驱动系统和实行机构发出指令信号,并停止控制。下面文章首要先容机械人控制系统。


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1、机械人的控制系统

“控制”的目标是指被控工具会依照者所期望的方式发生行为。 “控制”的根基条件是领会被控工具的特征。

“本色”是对驱动器输出力矩的控制。机械人的控制系统


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2、机械人的根基工作道理

工作道理是示教再现;示教也称扶引示教,既是野生扶引机械人,一步步按现实需求行动流程操纵一遍,机械人在扶引进程中自动记忆示教的每个行动的姿势、位置、工艺参数、活动参数等,并自动天生一个持续履行的法式。完成示教后,只需要给机械人一个启动号令,机械人将会地自动依照示教好的行动,完玉成部流程;


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3、机械人控制的分类

1)依照有无反应分为:开环控制、闭环控制、

开环切确控制的条件:切确地晓得被控工具的模子,而且这一模子在控制进程中连结稳定。

2)依照期望控制量分为:力控制、位置控制、夹杂控制这三种。

位置控制分为:单枢纽位置控制(位置反应,位置速度反应,位置速度加速度反应)、多枢纽位置控制

多枢纽位置控制分为分化活动控制、集合控制力控制分为:间接力控制、阻抗控制、力位夹杂控制

3)智能化的控制方式

模糊控制、自顺应控制、最优控制、神经收集控制、模糊神经收集控制 、专家控制

4、控制系统硬件设置及结构 .电气硬件 .软件架构

由于机械人的控制进程中触及大量的坐标变更和插补运算以及较低层的实时控制。所以,今朝市道上机械人控制系统在结构上大部分采用分层结构的微型计较机控制系统,凡是采用的是两级计较机伺服控制系统。


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1)具体流程:

主控计较机接到工作职员输入的作业指令后,首先分析诠释指令,肯定手的活动参数。 然落后交活动学、动力学和插补运算,最初得出机械人各个枢纽的调和活动参数。 这些参数经过通讯线路输出到伺服控制级,作为各个枢纽伺服控制系统的给定信号。 枢纽上的伺服驱动器将此信号D/A转换后驱动各个枢纽发生调和活动。

传感器将各个枢纽的活动输出信号反应回伺服控制级计较机构成部分闭环控制,到达切确的控制机械人在空间的活动。


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2)基于PLC的活动控制 两种控制方式:

①操纵PLC的输出端口利用脉冲指令来发生脉冲驱动机电,同时利用通用I/O大概计数零部件来实现伺服机电的闭环位置控制

②利用PLC内部扩大的位置控制模块来实现机电的闭环位置控制,这类方式主如果以发高速脉冲控制,属于位置控制方式,位置控制一般都是点到点的位置控制方式较多。

机械人重要参数


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本文重点先容产业机械人技术参数,图文描写很是具体,希望能对大师带来帮助!!

机械人的技术参数反应了机械人可胜任的工作、具有的最高操纵性能等情况,是设想、利用机械人必须斟酌的题目。机械人的首要技术参数有自在度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。


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1、自在度

.是指机械人具有的自力活动的坐标轴数目。

.机械人的自在度是指肯定机械人手部在空间的位置和姿势时所需要的自力活动参数的数目。 机械人的自在度数一般即是枢纽数目。

.常识趣械人自在度数一般有5~6个。有些机械人还附带有内部轴。

2、枢纽(Joint)

即活动副,答应机械人手臂各零件之间发生相对活动的机构。


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3、工作范围

产业机械人手臂或手部安点缀所能到达的一切空间范围。

其外形取决于机械人的自在度数和各活动枢纽的范例与设置。 机械人的工作范围一般有:图解法息争析法这两种方式暗示。


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4、速度

机械人在工作进程中带载荷条件下、匀速活动进程时,机械接口中心或工具中心点在单元时候内所移动的间隔或转动的角度。

5、工作负载

是指机械人手段前端安装负荷在工作范围内任何位置上所能承受的最大重量,一般用质量、力矩、惯性矩暗示。

还和运转速度和加速度巨细等参数有关,工作负载一般用高速运转机会械人所能抓取的工件重量作为负载承受才能为目标。

搬运机械人的负荷重量,必须斟酌抓手和工件的合计。




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6、分辨率

是指机械人可以实现的最小移动间隔或最小转动角度 。

7、精度

反复性或反复定位精度:指机械人反复到达某一方针位置的差别性。比如你要求一个轴走 100 mm 成果 第一次 现实上他走了 100.01 反复一次一样的行动 他走了99.99 这之间的误差 0.02 就是反复定位精度。它是权衡一列误差值的集合水平,即反复度。机械人精度机不单取决与关减省速机及传动装配,且对机械装配工艺存在很大关系,很多由于装配不到位致使机械人反复定位精度下降。


        原文章作者:广东中力智能装备,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法令必究。追求报道,请 点击这里
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