工业机器人的构造较为复杂,它主要由以下部分组成:
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机械部分:
- 机座:是工业机器人的基础部分,起到支撑和稳定整个机器人的作用,通常具有较大的质量和强度。
- 臂部:连接机座和腕部,是实现机器人主要运动的关键部件,一般由多个关节和连杆组成,常见的有2-3个自由度,能够使机器人在空间中进行大范围的运动。
- 腕部:位于臂部的末端,与手部相连,具有独立的自由度,可以在多个方向上灵活转动,以调整手部的姿态和位置,满足不同的作业需求。
- 手部:是工业机器人直接执行任务的末端部件,根据具体的作业任务,手部可以安装不同的末端执行器,如夹钳、吸盘、焊枪、喷枪等,用于抓取、焊接、喷涂、装配等操作。
- 对于一些需要移动的工业机器人,还可能配备行走机构,如轮式、履带式或爬行式等,以便在不同的工作区域之间移动。
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驱动系统:
- 伺服电机:是一种能够精确控制旋转角度和速度的电机,通过接收控制器的指令,驱动机器人的各个关节运动,具有高精度、高速度、高扭矩等特点,广泛应用于工业机器人的关节驱动。
- 步进电机:将电脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制元件,结构简单、成本低、可靠性高,常用于对精度要求相对较低、负载较小的场合,如一些小型工业机器人或简易自动化设备中。
- 气动驱动系统:以压缩空气为动力源,通过气缸等气动执行元件将气体的压力能转化为机械能,驱动机器人的运动,具有结构简单、成本低、动作迅速、安全可靠等优点,但也存在精度较低、速度较慢、稳定性较差等问题,适用于一些对精度和速度要求不高、但对安全性要求较高的场合,如物料搬运、包装等。
- 液压驱动系统:利用液体的压力能来传递能量和控制运动,具有功率密度大、输出力大、响应速度快等优点,但也存在系统复杂、成本较高、维护困难等问题,常用于大型工业机器人或需要大力矩输出的场合,如重型机械加工、冶金等行业。
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控制系统:
- 控制器:是工业机器人的核心控制部件,负责接收示教器或其他外部设备的指令,并根据预设的程序和算法,计算出各个关节的运动轨迹和速度,向驱动系统发出控制信号,从而实现对机器人的精确控制。
- 示教器:是人与工业机器人交互的重要设备,操作人员可以通过示教器对机器人进行编程、调试、控制和监控等操作,示教器通常具有友好的人机界面,包括显示屏、按键、操纵杆等,方便操作人员进行各种操作。
- 传感器系统:用于检测机器人的自身状态和外部环境信息,如位置、速度、加速度、力、触觉、视觉等信息,并将这些信息反馈给控制器,以便控制器实时调整机器人的运动和行为,提高机器人的控制精度和适应性,常见的传感器包括位置传感器、速度传感器、力传感器、视觉传感器等。
- 软件系统:包括机器人的控制程序、操作系统、接口驱动等应用软件,是实现机器人各种功能和性能的关键因素,软件系统的设计和开发需要考虑机器人的运动学、动力学、控制算法、人机交互等方面的问题,以确保机器人的高效、稳定、可靠运行。
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其他辅助装置:
- 机器人-环境交互系统:实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调,例如与加工制造单元、焊接单元、装配单元等集成为功能单元,或者与多台机器人、多台机床或设备等进行协同作业。
- 冷却系统:由于工业机器人在运行过程中会产生大量的热量,为了保证机器人的正常运行和延长其使用寿命,需要配备冷却系统对关键部件进行散热,如电机、驱动器等,常见的冷却方式有风冷和水冷两种。