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[经验] 工业机器人的末端关节旋转该精确控制?

2018-11-1 11:08:12  573 工业机器人 电机驱动 减速器
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机器人的传动和布局设计从理论上讲应该是比较成熟的领域,如果有样机,拆开一看就可以知道大部分的结构。但是在结构优化设计经验、装配规范的标准化、零配件的按需定制以及供应链优化等方面国内厂商还需要很长时间的积累。
本文以KUKA为例,分协作机器人iiwa和传统机器人KR两个大系列。
协作机器人iiwa

当前主流的协作机器人都采用“模块化”思想的关节设计,采用直驱电机+谐波减速器的方式,每个关节的内部结构基本一致,只是大小不太一样,例如iiwa的每个轴基本都是下图这样:
每一个关节中都包含了电机、伺服驱动、谐波减速器、电机端编码器、关节端f0abf0d9029f3400158e9e82b3FFC5ef和力矩传感器,电机和减速器采用直连。
整个关节在机器人内部的布局如下:

传统机器人KR
对于KR系列这一类的传统机器人来讲,末端的布局一般按照满足“三轴轴线交于一点”的基本原则来做,主要区别在于三个电机的布置和传动方式。
KUKA之前的很多机器人都采用4、5、6三轴电机布置在小臂后方,通过同心轴+伞齿轮/同步带的方式传动到手腕的方式,以KR5为例:

三个电机的动力通过同心轴传到手腕,腕部结构如下:

放大图:

总结
近几年KUKA新推出的agilus系列机器人为了追求纤细紧凑的外表,采用了将4、5、6三轴电机内置在小臂内部的方式。
其实就传统工业机器人来讲,各家主要的差别在于5轴和6轴的布置方式,外资品牌借助于深厚的设计功底和强大的定制能力,普遍采用齿轮或者同步带的方式用作动力传输,将电机布置的比较靠后,因此机器人小臂和手腕部位做的比较紧凑。
而国产厂商受限于成品电机的尺寸、齿轮的精度和噪音、装配经验不足的问题,5、6轴多采用直连或者单同步带的方式,导致腕部尺寸普遍偏大。
机械是一门博大精深的学科,可惜国内总是有一种“机械很简单”的论调。

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