工业机器人的技术参数
时间:2016-01-01 16:17 来源:自动控制网
| 工业机器人的技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据。 表1和表2为两种工业机器人的主要技术参数。尽管各厂商提供的技术参数不完全一样, 工业机器人的结构、用途等有所不同, 且用户的要求也不同, 但工业机器人的主要技术参数一般应有自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度和承载能力等。 表1 三菱装配机器人Movemaster EX RV-M1的主要技术参数  表2 PUMA 562机器人的主要技术参数  表BR-210 并联机器人的主要技术参数 1. 自由度(Degrees of Freedom) 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。在三维空间中描述一个物体的位置和姿态(简称位姿)需要六个自由度。 但是, 工业机器人的自由度是根据其用途而设计的, 可能小于六个自由度, 也可能大于六个自由度。例如, A4020装配机器人具有四个自由度, 可以在印刷电路板上接插电子器件; PUMA 562机器人具有六个自由度, 如图1所示,可以进行复杂空间曲面的弧焊作业。 从运动学的观点看, 在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人, 就叫做冗余自由度机器人。例如, PUMA 562机器人去执行印刷电路板上接插电子器件的作业时就成为冗余自由度机器人。利用冗余自由度可以增加机器人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能。人的手臂(大臂、小臂、 手腕)共有七个自由度, 所以工作起来很灵巧,手部可回避障碍而从不同方向到达同一个目的点。  图1 PUMA 562工业机器人 2. 定位精度(Positioning Accuracy) 工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。 定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。 重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力, 可以用标准偏差这个统计量来表示, 它是衡量一列误差值的密集度(即重复度), 如图2所示。  图2 工业机器人定位精度和重复定位精度的典型情况 (a) 重复定位精度的测量； (b) 合理定位精度， 良好重复定位精度； (c) 良好定位精度, 很差重复定位精度； (d) 很差定位精度， 良好重复定位精度 3. 工作范围(Work Space) 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合, 也叫工作区域。因为末端操作器的尺寸和形状是多种多样的, 为了真实反映机器人的特征参数, 所以, 这里是指不安装末端操作器时的工作区域。工作范围的形状和大小是十分重要的, 机器人在执行作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死区(Dead Zone)而不能完成任务。图3和图4所示分别为PUMA机器人和A4020机器人的工作范围。  图3 PUMA机器人工作范围 (a) 顶视图; (b) 侧视图  图4 A4020型SCARA机器人工作范围 4. 速度(Speed)和加速度 速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。说明书中通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度,但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的。这是因为,由于驱动器输出功率的限制,从启动到达最大稳定速度或从最大稳定速度到停止, 都需要一定时间。如果最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些,对应用而言的有效速度就要低一些; 反之, 如果最大稳定速度低,允许的极限加速度大, 则加减速的时间就会短一些, 这有利于有效速度的提高。但如果加速或减速过快, 有可能引起定位时超调或振荡加剧, 使得到达目标位置后需要等待振荡衰减的时间增加, 则也可能使有效速度反而降低。所以, 考虑机器人运动特性时, 除注意最大稳定速度外, 还应注意其最大允许的加减速度。 5. 承载能力(Payload) 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量, 而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见, 承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。 通常, 承载能力不仅指负载, 而且还包括了机器人末端操作器的质量。 机器人有效负载的大小除受到驱动器功率的限制外, 还受到杆件材料极限应力的限制, 因而它又和环境条件(如地心引力)、 运动参数(如运动速度、 加速度以及它们的方向)有关。 如加拿大手臂, 它的额定可搬运质量为15 000 kg, 在运动速度较低时能达到30 000 kg。然而， 这种负荷能力只是在太空中失重条件下才有可能达到， 在地球上, 该手臂本身的重量达450 kg, 它连自重引起的臂杆变形都无法承受, 更谈不上搬运质量了。  图5 三菱装配机器人不带电动手爪时的承载能力  图6 三菱装配机器人带电动手爪时的承载能力 |
