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工业机器人是如何制造的：机械臂组件和运动指南

机器人和人类的结构是一样的吗？

机器人和人类有一个共同的特点。人类和机械机器人——尽管它们看起来相反，但实际上它们共享相同的链接（骨骼）和关节的底层结构。工业机器人的基本骨架主要由机械臂组成，是连杆和关节的组合。将其与人体联系起来，可以自由弯曲和移动的部位，例如肘部和肩膀，是关节，连接这些关节的骨骼相当于机器人的链接。移动关节和通过链接传递动力的原理在人类和机器人中都很常见。编辑人的肘部和肩膀是关节，连接它们的骨骼是链接。机器人根据其链接的排列方式大致分为两种类型：1）串行链接和2）并行链接。人的手臂被归类为串行链接，因为它的关节-肩膀，手臂和手腕-是串联对齐的。工业机器人根据关节运动和结构分为垂直铰接式和水平铰接式（选择性顺应装配机器人手臂-SCARA）等几类。

在本文中，将解释工业机器人的运动和内部构成。

机器人和人体运动比较

现在，让我们以具有与人类手臂相同的机械结构的垂直铰接式的运动为例。垂直关节机器人是一种具有串行链接结构的工业机器人。它通常由六个关节（6轴）组成。

下图显示了机器人和人类运动之间的比较。

第1轴至第3轴是腰部和手臂，第4轴至第6轴从手腕到指尖。前三个轴将手腕带到特定位置，接下来的三个轴自由移动手腕。这种6轴结构允许机器人像人类一样自由移动。

所有的轴，从第一轴到第六轴，都像人一样移动。

移动关节需要什么？

接下来，我们来详细研究一下工业机器人的内部结构。

下图显示了川崎重工或川崎的中小型有效载荷通用机器人“R系列”的结构。R系列广泛应用于电子设备组装、电弧焊等广泛领域。由于电缆和线束可以建在手臂内部，因此可以避免对外围设备的干扰，并且机器人可以在狭小的空间内工作。它的定义特征是快速操作，可以对应于敏捷的动作。

在此图中，很明显机器人由许多不同的部分组成。在这些部件中，有四个特别重要的部件：执行器、减速齿轮、编码器和变速器，所有这些都将单独解释。

驱动器

驱动器是充当机器人关节的组件，它允许机器人上下移动手臂或旋转，并将能量转换为机械运动。可能很难掌握这个概念，但以电机为例。下图中用红色圆圈标记的点是R系列电机的位置。

但是，如果是简单的电机，例如塑料模型套件中使用的电机，则无法执行需要精确运动和0.01mm精度的精确操作。因此，工业机器人使用了一种称为伺服电机的高功能电机，它可以控制位置和速度。

为执行器提供动力的最常见能源是电力，但也可以使用液压和气动能量。一些液压动力执行器的独特之处在于它们可以产生巨大的动力并且具有抗冲击性。

减速器

减速齿轮是一种增加电机功率的装置。电机本身可以输出的功率是有限的。为了产生巨大的功率，电机基本上与这种减速齿轮结合使用。下图中以蓝色圈出的区域是减速齿轮。如果将齿轮与不同数量的齿轮组合在一起，并将电机的旋转减少10倍，则电机的功率将乘以10。这与自行车变速器的原理相同。自行车的前后轮有不同尺寸的齿轮。通常，变速器用于改变后轮的齿轮。当选择大齿轮并尽量减少车轮旋转次数时，以牺牲速度为代价，踩踏变得更加容易，但即使是骑上陡峭的山坡也少得多。换句话说，可以增加输出功率。

编码器

编码器是一种指示电机旋转轴位置（角度）的装置。有了编码器，它可以提供有关机器人在什么方向和移动多少的有形数据。一般光学编码器有一个圆盘连接到电机的旋转轴。圆盘具有定期间隔的狭缝以让光线通过，圆盘的两侧是发光二极管（LED）和光接收元件（光电二极管），以区分光强度（明暗）。

当电机旋转时，光线要么穿过狭缝，要么被阻挡，因此可以通过读取信号来确定旋转角度和速度。这使得伺服电机能够精确控制定位和速度。

传输

变速器是传输执行器和减速齿轮产生的动力的部件。变速器还能够改变功率的方向和大小。以自行车为例，将曲柄连接到后轮的链条是变速器。自行车是通过从踏板上获取旋转运动并使用变速器将其传递到后轮来驱动的。

这个想法也适用于机器人的结构。机器人中使用的电机通常放置在关节附近，但也可以通过使用皮带和齿轮等传动机构将其放置在远离关节的地方。例如，在R系列机器人的手腕上，由于电机可以通过传导机构安装在手臂的肘部，因此紧凑的手腕是可行的。

使用可更换的末端执行器添加功能

人类可以使用工具执行各种任务。就工业机器人而言，交换连接到手腕上的设备使机器人具有高度的通用性，并允许它们承担各种工作。这种装置被称为“末端执行器”，有大量的装置可供使用，包括用于举起物体的手、真空（吸力）类型以及用于焊接和喷漆的工具。通过将机器人轴实现的灵活运动和特定于任务的末端执行器相结合，机器人可以执行非常广泛的工作。

本文详细介绍了工业机器人的基本结构，通过它，我们了解了构建结构的组件——它们的位置以及它们扮演的角色。人们可能认为，在考虑在工作场所实施机器人时，没有必要知道或了解机器人是如何组装在一起的。但是，通过查看机器人的轴数或如何在公司中使用机器人，进行总体概述将有助于更容易地弄清楚诸如可以进行哪些运动和工作之类的事情。对于考虑使用说明的公司，川崎机器人部门网站上提供了有关每个工业机器人的详细产品信息和应用示例。

在实际考虑安装机器人时，即使对工业机器人的结构和运动稍有了解，也可能有很长的路要走，并导致更合适的实施。参考工业机器人是如何制造的？机器人手臂的组件和运动指南

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川崎重工株式会社(kawasaki.

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