說起工業機器人的結構技術不得不帶提下中國工業機器人行業目前的現狀:
眾所周知,中國機器人產業由 于先天因素,在單體與核心零部件仍然落后于日、美、韓等發達國家。雖導入中國機器人產業經過 30 年的發展,形成了較為完善的產業基礎,但與發達國家相比,仍存在較大差距,產業基礎依然薄弱,關鍵零部件嚴重依賴進口。
整個機器人產業鏈主要分為上游核心零部件(主要是機器人三大核心零部件 —— 伺服電機、減速器和控制系統,相當于機器人的“大腦”)、 中游機器人本體(機器人的“身體”)和下游系統集成商(國內 95% 的企業都集中在這個環節上)三個層面。
1、工業機器人本體
機器人本體是工業機器人的機械主體,是用來完成各種作置業的執行機構。它主要由機械臂、驅動裝置、傳動單元及內部傳感器等部分組—成。
工業機器人本體最后一個軸的機械接口通常為一連接法蘭,可接裝不同的機械操作裝置,如夾緊爪、吸盤、焊槍等。
(1) 機械臂
關節型工業機器人的機械臂是由關節連在一起的許多機械連桿的集合體 。實質上是一個擬人手臂的空間開鏈式機構,一端固定在基座上,另一端可自由運動,由關節 - 連桿結構所構成的機械臂大體可分為 基座 、 腰部 、 臂部(大臂和小臂)和手腕 4 部分。
1)基座基座是機器人的基礎部分 ,起支撐作用。
2) 腰部腰部是機器人手臂的支承部分 。
3) 手臂 手臂是連接機身和手腕的部分,是執行結構中的主要運動部件,亦 稱主軸, 主要用于改變手腕和末端執行器的空間位置。
4) 手腕 手腕是連接末端執行器和手臂的部分,亦稱次軸,主要用于改變末端 執行器的空間姿態。
(2) 驅動裝置
驅使工業機器人機械臂運動的機構。它按照控制系統發出的指令信號,借助 于動力元件使機器人產生動作,相當于人的肌肉、筋絡。機器人常用的驅動方式主要有液壓驅動、氣壓驅動和電氣驅動三種基本類型。目前,除個別運動精度不高、重負載或有防爆要求的機器人采用液壓、
氣壓驅動外,工業機器人大多采用電氣驅動,而其中屬交流伺服電機應用最廣,且驅動器布置大都采用一個關節一個驅動器。
(3) 傳動單元
目前工業機器人廣泛采用的機械傳動單元是減速器,應用在關節型機器人上的減速器主要有兩類: RV 減速器 和 諧波減速器 。 一般將 RV 減速器放置在基座、腰部、大臂等重負載的位置 ( 主要用于 20kg 以上的機器人關節 ) ;將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等輕負載的位置 ( 主要用于 20kg 以下的機器關節 ) 。 此外,機器人還采用齒輪傳動、鏈條(帶)傳動、直線運動單元等。
1) 諧波減速器
通常由 3 個基本構件組成,包括一個有內齒的剛輪,一個工作時可產生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動軸承的波發生器,在這 3 個基本結構中可任意固定一個,其余一個為主動件一個從動件。
2) RV 減速器
主要由 太陽輪(中心輪)、行星輪、轉臂(曲柄軸)、轉臂軸承、擺線輪(RV 齒輪)、針齒、剛性盤與輸出盤 等零部件組成。具有較高的疲勞強度和剛度以及較長的壽命,回差精度穩定,高精度機器人傳動多采用 RV 減速器。