關於工業機器人的11個關鍵問題

來自專欄機器學習經驗小結

1.工業機器人的定義是什麼？

　　機器人是一個在三維空間具有較多自由度的，並能實現諸多擬人動作和功能的機器，而工業機器人則是在工業生產上應用的機器人。它的特點是：可編程、擬人化、通用性、機電一體化。

2.工業機器人有哪幾個子系統組成？各自的作用是什麼？

　　驅動系統：使機器人運行起來的傳動裝置。

　　機械結構系統：由機身、手臂、機械手末端工具三大件組成的一個多自由度的機械系統。

　　感受系統：由內部感測器模塊和外部感測器模塊組成 獲取內部和外部環境狀態的信息。

　　機器人&環境交互系統：實現工業機器人與外部環境中的設備相互聯繫和協調的系統。

　　人&機交互系統：是操作人員參與機器人控制與機器人進行聯繫的裝置。

　　控制系統：根據機器人的作業指令程序以及從感測器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。

3.什麼是機器人的自由度？機器人位置操作需要幾個自由度？姿態操作需要幾個自由度？

　　自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數目，不應包括手爪（末端工具）的開合自由度，在三維空間中描述一個物體的位置和姿態需要六個自由度，位置操作需要3個自由度（腰、肩、肘），姿態操作需要3個自由度（俯仰、偏航、側滾）。

　　工業機器人的自由度是根據其用途而設計的，可能小於6個自由度，也可能大於6個自由度。

4.工業機器人的主要技術參數有哪些？

　　自由度、重複定位精度、工作範圍、最大工作速度與承載能力。

5.機身和臂部的作用各是什麼？在設計時應注意哪些問題？

　　機身是支承臂部的部件，一般實現升降迴轉和俯仰等運動，機身設計時要有足夠的剛度和穩定性；運動要靈活，升降運動的導套長度不宜過短，避免發生卡死現象，一般要有導向裝置；結構布置要合理臂部是支承腕部手部和工件的靜動載荷的部件，尤其高速運動時將產生較大的慣性力，引起衝擊，影響定位的準確性。

　　設計臂部時要注意剛度要求高，導向性好，重量輕，運動要平穩，定位精度要高。其它傳動系統應盡量簡短以提高傳動精度和效率；各部件布置要合理，操作維護要方便；特殊情況特殊考慮，在高溫環境中應考慮熱輻射的影響腐蝕性環境中應考慮防腐蝕問題。危險環境應考慮防暴問題。

6.手腕上的自由度主要起什麼作用？如果要求手部能處於空間任意方向則手腕應具有什麼樣的自由度？

　　手腕上的自由度主要是實現手部所期望的姿態。為了使手部能處於空間任意方向，要求腕部能實現對空間三個坐標軸X Y Z的轉動。即具有翻轉俯仰和偏轉三個自由度。

7.機器人末端工具的作用和特點

　　機器人手部是用來握持工件或工具的部件，是一個獨立的部件，可以有手爪也可以是專用工具。

8.按夾持原理末端工具分為哪幾類？包括哪些具體形式？

按夾持原理，末端夾持手分為兩類：

　　夾持類包括內撐式、外夾式、平移外夾式、勾托式和彈簧式；

　　吸附類包括磁吸式，氣吸式。

9.真空式吸盤根據工作原理可分為幾類？其工作原理是怎樣的？

按工作原理分為三類：

　　真空吸盤。利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空；

　　噴吸式吸盤。利用伯努利效應產生負壓，流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減少，反之壓力會增加。藉助壓縮空氣和真空發生器無需專用真空泵；

　　擠氣負壓式吸盤。靠機械作用實現真空和釋放真空，無需真空泵系統也不需要壓縮空氣，氣源經濟方便但可靠性稍差。

10.液壓和氣壓傳動在操作力、傳動性能和控制性能方面的區別？

　　操作力。液壓可得到很大的直線運動力和迴轉力，抓取重量1000到8000N；氣壓可得到較小的直線運動力和迴轉力，抓取重量小於300N。

　　傳動性能。液壓壓縮性小傳動平穩，無衝擊，基本上無傳動滯後現象，反映靈敏運動速度最高達2m/s；氣壓壓縮空氣粘度小管路損失小流速大可達較高速度但高速時平穩性差衝擊較嚴重通常汽缸50到500mm/s。

　　控制性能。液壓壓力和流量均容易控制，可無極調速通過調節；氣壓低速不易控制，難準確定位，一般不做伺服控制。

11.伺服電機和步進電機的性能有何不同？

　　控制精度不同（伺服電機控制精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證，伺服電機控制精度高於步進電機）；

　　低頻特性不同（伺服電機運轉非常平穩，即使低速時也不會出現振動現象，一般伺服電機低頻性能好於步進電機）；

　　過載能力不同（步進電機不具備過載能力，伺服電機具有較強的過載能力）；

　　運行性能不同（步進電機的控制為開環控制，交流伺服驅動系統為閉環控制）；

　　速度響應性能不同（交流伺服系統加速度性能較好）。