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OTC机器人--工业机器人基础知识
发布时间:2021-12-07        浏览次数:572        返回列表
  
       伺服驱动器市场

       机器人对关节驱动电机有严格的要求,交流伺服电机在工业机器人中应用广泛。目前国内高端市场主要被国外知名企业占领,主要来自日本、欧美,未来国内替代空间很大。目前,国外***占中国交流伺服市场的近80%,主要来自日本、欧美。

       其中,日本产品占据首位,约占50%的市场份额,其著名***包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等。他们的产品特点是技术和性能水平满足中国用户的需求,并获得了稳定、持续的客户来源,性价比好,可靠性高,特别是在中小型代工市场。

       精密减速器

       随着人工成本的增加,工业机器人代替人已经成为一种趋势。工业机器人是智能制造的基石,但核心部件制约着中国机器人产业的发展。据相关调查,目前国内机器人减速器普遍依赖进口。机器人行业要想成为中国的气候,就必须下定决心解决核心部件的问题。

       以下描述工业机器人的核心精密部件:减速器。与一般减速器相比,机器人减速器要求传动链短、体积小、功率大、重量轻、易于控制。在减速机行业,不得不提的是这个行业的两大巨头分别是Nabtesco(帝,也叫Nabtesco)和Hamonica Drive (Hamernaco),业内俗称(RV减速机和谐波减速机)。

       他们几乎垄断了全世界机器人的减速器。这两种减速机都是微米级的加工精度,大批量生产很难有高可靠性,更何况是几千转的高速运转和长寿命。目前,市场上工业机器人使用的减速器主要有两种:RV减速器和谐波减速器。

       RV减速器:啮合时齿差较小,但与谐波减速器相比,RV减速器通常采用摆线针轮,由摆线针轮和行星架组成。与谐波减速器相比,RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速器具有较高的疲劳强度、刚度和寿命。与谐波传动不同,随着使用时间的增加,运动精度会显著降低。其缺点是重量大,体积大。RV减速器用于大扭矩机器人的腿腰和肘关节,RV减速器用于大载荷工业机器人的一、二、三轴。

       与机器人常用的谐波传动相比,它具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命,齿隙精度稳定。与谐波传动不同,它的运动精度会随着使用时间的增加而显著降低。因此,RV减速器在世界上许多国家被广泛应用于高精度机器人驱动。因此,这种RV减速器有逐渐取代高级机器人驱动中谐波减速器的发展趋势。

       谐波减速器:也是少用齿差啮合。谐波传动中的关键齿轮之一是柔性齿轮,需要反复高速变形,因此很脆弱,承载能力和寿命都是有限的。

       谐波减速器是一种谐波传动装置,包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括:刚性轮、柔性轮和径向变形波发生器。它利用柔性齿轮产生可控的弹性变形波,使刚性轮和柔性轮的轮齿相对错开,传递动力和运动。

       这种传动与一般齿轮传动有本质区别,在啮合理论、集合计算和结构设计上都有特殊性。谐波齿轮减速器具有精度高、承载能力强的优点。与普通齿轮减速器相比,它使用的材料少了50%,体积和重量至少减少了1/3。因此谐波减速器主要用于小型机器人,具有体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高、单级传动比大的特点。一般用于负载较小的工业机器人或大型机器人末端的几个轴。


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       控制系统

       机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能的主要因素。根据输入的程序,控制系统从驱动系统和执行机构取回命令信号并控制它们。下面主要介绍机器人控制系统。

       1.机器人控制系统

       “控制”的目的是指被控制对象会按照人所期望的方式进行行为。“控制”的基本条件是知道被控对象的特征。

       2.机器人的基本工作原理

       在引导过程中,机器人自动记忆姿态、位置、过程参数、运动参数等。并自动生成一个连续执行的程序。示教后,只需要给机器人一个启动命令,机器人就会根据示教的动作自动完成所有的过程;

       3.机器人控制分类

       1)根据是否有反馈,分为开环控制、闭环控制、

       开环控制的条件:被控对象的模型是已知的,并且这个模型在控制过程中保持不变。
 
        2)根据期望的控制量,可分为力控制、位置控制和混合控制三种。

       位置控制分为单关节位置控制(位置反馈、位置速度反馈、位置速度加速度反馈)和多关节位置控制

       多关节位置控制分为分解运动控制和集中控制力控制,集中控制力控制又分为直接力控制、阻抗控制和力-位置混合控制

       3)智能控制模式

       模糊控制、自适应控制、神经网络控制、模糊神经网络控制

       4.控制系统的硬件配置和结构、电气硬件和软件架构

       因为机器人控制过程涉及大量的坐标变换和插值操作以及下层的实时控制。因此,目前市场上的机器人控制系统大多采用分级微机控制系统,通常采用两级计算机伺服控制系统。

       1)具体流程:

       主控计算机收到工作人员输入的操作指令后,首先对指令进行分析和解释,确定手的运动参数。然后进行运动学、动力学和插值运算,然后得到机器人各关节的协调运动参数。这些参数通过通信线路输出到伺服控制级,作为每个关节伺服控制系统的给定信号。关节数模转换器上的伺服驱动器转换该信号,并驱动每个关节产生协调运动。

       传感器将各关节的运动输出信号反馈给伺服控制计算机,形成局部闭环控制,从而控制机器人在空间的运动。

       2)基于PLC的运动控制的两种控制方式:

       ①利用可编程控制器的输出端口产生脉冲驱动电机,利用通用输入输出或计数部件实现伺服电机的闭环位置控制

       ②利用扩展到PLC外部的位置控制模块,实现电机的闭环位置控制。这种模式主要基于高速脉冲控制,属于位置控制模式,位置控制一般是点对点位置控制模式



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       机器人的重要参数

       机器人的技术参数反映了机器人胜任的工作和高的操作性能,是机器人设计和应用中必须考虑的因素。机器人的主要技术参数包括自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。

       1.自由度

       指独立运动的坐标轴数。

       机器人的自由度是指确定机器人手在空间中的位置和姿态所需的独立运动参数的数量。机器人的自由度一般等于关节数。

       普通机器人一般有5 ~ 6个自由度。有些机器人还带有一个外轴。

       2.关节

       一种允许机器人手臂各部分之间相对运动的机构。

       3.工作范围

       工业机器人手臂或手的挂载点可以达到的所有空间范围。

       它的形状取决于机器人的自由度和每个关节的类型和配置。一般来说,机器人的工作范围用两种方法表示:图解法和解析法。

       4.速度

       机器人在工作过程中,在负载条件下匀速运动时,单位时间内机械接口中心或刀具中心的移动距离或旋转角度。

       5.工作负载

       是指机器人手腕前端的安装载荷在工作范围内的任何位置所能承受的重量,一般用质量、力矩、惯性矩来表示。

       也和跑步速度、加速度等参数有关。工作量一般以机器人高速能抓到的工件重量作为承载能力作为指标。

        搬运机器人的负载重量必须考虑夹持器和工件的总重量。

        6.分辨率

        是指机器人能达到的移动距离或旋转角度。

        7.准确

        重复性或重复定位精度:指机器人重复到达某一目标位置的差异。比如你让一个轴走100 mm,他首次实际走100.01,重复同样的动作,他走99.99,两者的误差是0.02,就是重复定位精度。它测量一系列误差值的浓度,即重复性。机器人精密机床不仅依赖于关节减速器和传动装置,而且与机械装配工艺有很大关系。由于装配不充分,许多机器人的重复定位精度降低。 

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