當設計一個(gè)涉及移動(dòng)物體或者某種重復性運動(dòng)功能的自動(dòng)化項目時(shí),機器人的加入會(huì )使這個(gè)項目獲益,選擇正確的機器人類(lèi)型會(huì )降低設計成本和提高成功率。簡(jiǎn)單的應用程序只會(huì )使用一組重復不變的編程運動(dòng),而增添機器視覺(jué)系統,或者增加與機器人控制系統連接的一組現場(chǎng)感應設備能夠讓機器人實(shí)現自適應運動(dòng),這種自適應運動(dòng)能夠改變機器人實(shí)際的運動(dòng)定位。
機器人供應商可以幫助用戶(hù)選擇帶有定位功能的系統?;ヂ?lián)網(wǎng)上有很多視頻展示了多種運動(dòng)中的機器人系統,觀(guān)看這些視頻時(shí)請記得:如果視頻源自制造商,那么視頻中的機器人通常是在其性能達到極限的情況下運行的。但是在實(shí)際使用中,機器人在它的性能達到極限時(shí)還能不斷運行是做不到的。
許多機器人制造商提供建模和仿真軟件幫助客戶(hù)選擇最能滿(mǎn)足其需求的機器人?!癓OSTPED”有助于定義研發(fā)機器人參數所需的信息,負荷、趨向、速度、運行、精確度、環(huán)境和任務(wù)周期是正確規劃和設計機器人系統或任何運動(dòng)控制應用所需的數據點(diǎn)。
可供客戶(hù)選擇的幾種通用的機器人類(lèi)型中,每種機器人都有一些附加功能可以根據客戶(hù)要求定制應用。
多關(guān)節機器人
大多數人一想到工業(yè)機器人,他們腦海中就會(huì )浮現出某種多關(guān)節機器人。 這種類(lèi)型的機器人常常出現在電視廣告和工業(yè)相關(guān)的視頻中。多關(guān)節機器人并沒(méi)有嚴格的定義,它被描述為具有固定基座,有4~6軸的關(guān)節。其實(shí),少至2軸和多達10軸的關(guān)節機器人也是有的。此外,機械手臂末端工具(EOAT)可以提供更多的運動(dòng)選項。多關(guān)節機器人的一個(gè)標準特征是它們能夠在三維空間或工作空間中工作。多關(guān)節機器人最大的工作空間類(lèi)似一個(gè)球體,它通常使用極坐標系定義空間中的點(diǎn)。
由于多關(guān)節機器人的工作范圍很大,它可以將機械手臂末端工具以幾乎任意角度放置在接近無(wú)限數量的平面上,因此它的用途十分廣泛。例如在焊接中,多關(guān)節機器人使用任意一種焊接技術(shù)都比工人完成的更具連續性和可重復性。當工件處于固定位置時(shí),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器人底座,機器人也可以利用3D激光器和機器視覺(jué)進(jìn)行精確、可重復的檢測。多關(guān)節機器人的其他應用包括噴漆、鉆孔、攻絲、切割、取放、物料搬運、包裝和組裝。
在本文討論的機器人類(lèi)型中,多關(guān)節機器人的定價(jià)較高。通??梢酝ㄟ^(guò)直接教授要點(diǎn)和動(dòng)作來(lái)完成對多關(guān)節機器人的簡(jiǎn)單運動(dòng)的編程,復雜的定位則需要為控制器編寫(xiě)代碼?,F場(chǎng)工作人員可以對機器人的位置進(jìn)行修改或者微調。
SCARA機器人
選擇順應性裝配機器手臂機器人(SCARA)在固定位置有一個(gè)牢固的底座,它的機器手臂固定在z軸上,同時(shí)在xy軸上旋轉運動(dòng),機械手臂的中間還有一個(gè)附加的xy軸關(guān)節,手臂末端的線(xiàn)性驅動(dòng)器使Z軸運動(dòng)對底座平面成90度,線(xiàn)性驅動(dòng)器還有一個(gè)額外的θ軸,這樣scara機器人共具有四個(gè)軸。從眾多方面來(lái)看,SCARA機器人模仿了人類(lèi)手臂的運動(dòng),該機器人最大的工作空間相當于圓柱體的一部分。

在操作中,SCARA機器手臂可以高速運行的同時(shí)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機器手臂完成。在工具末端使用位移激光器可以在裝配線(xiàn)上實(shí)現高速的三次元坐標測量?jì)x(CMM)功能。配備機器視覺(jué)系統的SCARA機器人可以完成精密的非接觸式檢測。在機器手臂工具端安裝激光器、等離子切割器和路由器能夠實(shí)現精確的蝕刻、切割和銑削操作。
SCARA機器人承受的物體重量會(huì )在其旋轉關(guān)節上產(chǎn)生徑向載荷,所以它的軸承必須足夠堅固,才能在機器人預期的使用期限內充分發(fā)揮作用。SCARA機器人負載的動(dòng)量不能高至使電機運轉減慢和手臂停止運動(dòng)。
直角坐標型機器人
直角坐標型機器人(Cartesian)通??梢圆倏乇榷嚓P(guān)節機器人或SCARA機器人更重的負載,而它的成本更低。直角坐標型機器人利用框架結構分擔負載重量(圖3)。直角坐標型機器人在x、y和z軸上進(jìn)行線(xiàn)性運動(dòng),同時(shí)它也被限制在框架內運動(dòng),不過(guò)框架的長(cháng)度可達成百上千米或英尺??蚣芸梢允菢藴驶虬霕藴实木€(xiàn)性滑軌和滾珠絲杠,這樣的架構可以讓直角坐標型機器人在必要時(shí)改變用途。直角坐標型機器人的工作空間類(lèi)似于一個(gè)矩形,它使用笛卡爾坐標系進(jìn)行定位。
直角坐標型機器人常用于產(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或任何適合在機器人工作空間進(jìn)行的運動(dòng)。
Delta機器人
Delta機器人有三組平行的手臂和旋轉式或線(xiàn)性驅動(dòng)器。當對驅動(dòng)器施加作用力時(shí),末端執行器會(huì )在x、y和z軸上移動(dòng)但是不會(huì )出現旋轉。Delta機器人的設計初衷是運用于輕型負載的取放活動(dòng),它的其他用途包括3D打印、手術(shù)和裝配操作。Delta機器人使用輕型手臂,這種手臂慣性很小,移動(dòng)速度非???。與機械臂不同,Delta機器人可以在其工作空間內進(jìn)行360度的圓形移動(dòng)。