工業(yè)機(jī)器人的組成和分類
工業(yè)機(jī)器人由三大部分、六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是：機(jī)械本體、傳感器部分和控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。
一.工業(yè)機(jī)器人的組成：
1.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
要使機(jī)器人運(yùn)行起來，需要給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安裝傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓、氣動(dòng)或電動(dòng)的，也可以是把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)，還可以是直接驅(qū)動(dòng)或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器三大件組成，如圖1.6所示。每一大件都要若干自由度構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若機(jī)身具備行走機(jī)構(gòu)便構(gòu)成行走機(jī)器人；若機(jī)身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端執(zhí)行器是宣接裝在手腕上的重要部件，它可以是二手指或多個(gè)手指的手爪。
3.感知系統(tǒng)
感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。內(nèi)部狀態(tài)傳感器用于檢測各個(gè)關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機(jī)器人，便于其識(shí)別物體并做出相應(yīng)處理。外部傳感器一方面使機(jī)器人更準(zhǔn)確地獲取周圍環(huán)境情況，另一方面也能起到誤差矯正的作用。
4.控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令從傳感器獲取反饋信號(hào)，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)；如果機(jī)器人具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該部分主要由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成。軟件主要由人機(jī)交互系統(tǒng)和控制算法等組成。
二.工業(yè)機(jī)器人的分類：
工業(yè)機(jī)器人按三大部分：機(jī)械本體、傳感器部分和控制部分。
1.材料搬運(yùn)機(jī)器人
搬運(yùn)機(jī)器人用途很廣泛，一般只需要點(diǎn)位控制，即被搬運(yùn)工件無嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，只要求起始點(diǎn)和終點(diǎn)的位姿準(zhǔn)確。
最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在I960年的美國，Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，減少了人類繁重的體力勞動(dòng)。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人超過10萬臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國家已制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成。
2.檢測機(jī)器人
零件制造過程中的檢測以及成品檢測都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。這類機(jī)器人的工作內(nèi)容主要是確認(rèn)零件尺寸是否在允許的公差內(nèi)，或者控制零件按質(zhì)量進(jìn)行分類。
例如，油管接頭螺紋加工完畢后，將環(huán)規(guī)旋進(jìn)管端，通過測量旋進(jìn)量或檢測與密封墊的接觸程度即可了解接頭螺紋的加工精度。油管接頭工件較重，環(huán)規(guī)的質(zhì)量一般也都超過15kg，為了能完成螺紋檢測任務(wù)的連續(xù)自動(dòng)化動(dòng)作（環(huán)規(guī)自動(dòng)脫離、旋進(jìn)自動(dòng)測量等），需要油管接頭螺紋檢測機(jī)器人。該機(jī)器人是六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人，它的特點(diǎn)在于其手部機(jī)構(gòu)是一個(gè)五自由度的柔順螺紋旋進(jìn)機(jī)構(gòu)。另外還有一個(gè)卡死檢測機(jī)構(gòu)，能對(duì)螺紋旋進(jìn)動(dòng)作加以控制。
3.焊接機(jī)器人
這是目前應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)器人，它又分為電焊和弧焊兩類。電焊人負(fù)荷大、動(dòng)作快，工作的位姿要求嚴(yán)格，一般有6個(gè)自由度。弧焊機(jī)器人負(fù)載小、速度低，弧焊對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格，必須實(shí)現(xiàn)連續(xù)路徑控制，即在運(yùn)動(dòng)軌跡的每個(gè)點(diǎn)都必須實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位置和姿態(tài)要求。
弧焊機(jī)器人的6個(gè)自由度中，一般3個(gè)自由度用于控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡，另外3個(gè)自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態(tài)關(guān)系，這樣才能保證良好的焊縫質(zhì)量。目前汽車制造廠已廣泛使用焊接機(jī)器人進(jìn)行承重大梁和車身的焊接。
油管接頭螺紋檢測機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象是鋼管，管徑不同或管彎曲等原因會(huì)造成鋼管定位的偏心，因此，需要在機(jī)器人手部安裝攝像頭識(shí)別鋼管的位置，再根據(jù)圖像匹配等技術(shù)識(shí)別鋼管的中心線。
4.裝配機(jī)器人
裝配機(jī)器人要求具有較高的位姿精度，手腕具有較大的柔性，如圖1.9所示。因?yàn)檠b配是一個(gè)復(fù)雜的作業(yè)過程，不僅要檢測裝配作業(yè)過程中的誤差，而且要糾正這種誤差，因此，裝配機(jī)器人采用了許多傳感器，如接觸傳感器、視覺傳感器、接近傳感器、聽覺傳感器等。
5.噴涂機(jī)器人
噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動(dòng)的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。多采用5或6個(gè)自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有2～3個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動(dòng)。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門。
這種工業(yè)機(jī)器人多用于噴涂生產(chǎn)線上，重復(fù)定位精度不高。另外由于漆霧易燃，驅(qū)動(dòng)裝置必須防燃防爆。
擁有噴涂精確、正常運(yùn)行時(shí)間長、漆料耗用少、工作節(jié)拍短以及有效集成涂裝設(shè)備等諸多優(yōu)勢。
其他優(yōu)勢還包括負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠性高等。ABB獨(dú)創(chuàng)的集成化工藝系統(tǒng)（IPS)具備供漆和供氣閉環(huán)調(diào)節(jié)與高速控制功能，可最大限度地減少過噴現(xiàn)象，并確保漆膜的均勻一致。
