工业机器人的前世今生!竟然完全模仿人类手臂

科技   科技   2024-11-13 06:58   江苏  
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人体是最美的,也是最合理的,关节旋转是最合理的运动机构。

机器人都是仿人类的,其结构和人体结构相似,都是通过多关节旋转来实现特定运动。
工业机器人由于用途简单,只需要模仿人类的手臂即可,像工业上常见的6轴关节型机器人和人类手臂的功能是一模一样。
人类手臂关节示意图
根据机器人关节连接的排列方式,机器人大致分为串联机器人和并联机器人。人类手臂就属于串联,四肢爬行动物类似于并联。
串联机器人和并联机器人
串联机器人根据关节方向又分为垂直关节型和水平关节型,水平关节型机器人又称为SCARA机器人。
垂直关节机器人(左图) 水平关节机器人(右图)
垂直关节机器人通常由6个关节组成,和人类手臂极其相似,其各关节完全模仿人类手臂。
垂直6关节工业机器人
下图详细展示了机器人和人类手臂之间的对应关系。其中J1轴对应腰部,J2轴对应肩部,J3轴对应手臂肘部,J4轴对应手腕旋转,J5轴对应手腕弯曲,J6轴对应手指运动。因此,机器人就可以像人类手腕一样自由活动了。
机器人和人类结构对应关系
机器人运动方式很简单,就是模仿人类手臂运动。人类手臂各关节是靠肌肉来驱动,因此机器人各关节也需要驱动装置,比如可以采用伺服电机、伺服液压缸、电动滑台等来驱动各关节旋转。
机器人运动方式
机器人本体主要由电机、减速机、编码器和传动机构组成。
电机和编码器很常见,组在一起实现闭环控制,也就是常见的伺服电机,可以精确控制电机旋转角度。
减速机种类很多,中大型机器人使用RV减速机,小型机器人使用谐波减速机。
机器人传动机构比较复杂,而且结构形式各种各样。J1至J3轴的传动机构都是就地放在关节附近,但J4至J6轴的传动机构一般都要提前放置,机器人末端尽量不要放电机,最大程度的减少末端体积,方便机器人进入狭小空间。
机器人电机放置位置
J4至J6轴传动机构很复杂,比如日本FANUC M-20系列机器人末端用的是准双曲面锥齿轮,这种传动机构是最高级的,另外还要常规的齿轮传动、同步带传动、万向节传动轴传动等。

机器人末端齿轮传动

机器人很简单,其原理和人体相似,机器人又很复杂,国产机器人一直默默无闻。

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