什么是關(guān)節(jié)機(jī)器人？

關(guān)節(jié)機(jī)器人(Robot joints)，也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見的工業(yè)機(jī)器人的形態(tài)之一。適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)，比如，自動(dòng)裝配、噴漆、搬運(yùn)、焊接等工作。

關(guān)節(jié)機(jī)器人的分類

關(guān)節(jié)機(jī)器人的擺動(dòng)方向有鉛垂方向和水平方向兩種，因此這類機(jī)器人又可分為垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平關(guān)節(jié)機(jī)器人。 

垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人如上圖所示，模擬了人類的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸（相當(dāng)于大臂旋轉(zhuǎn)的肩部旋轉(zhuǎn)軸）帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等構(gòu)成。手腕通常由2～3個(gè)自由度構(gòu)成。其動(dòng)作空間近似一個(gè)球體，所以也稱多關(guān)節(jié)球面機(jī)器人。

其優(yōu)點(diǎn)是可以自由地實(shí)現(xiàn)三維空間的各種姿勢，可以生成各種復(fù)雜形狀的軌跡。相對機(jī)器人的安裝面積。其動(dòng)作范圍很寬。

缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度較低，動(dòng)作的絕對位置精度磨較低。它廣泛應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運(yùn)、電弧焊接、噴涂、點(diǎn)焊接等作業(yè)場合。 

水平關(guān)節(jié)機(jī)器人如上圖在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的二個(gè)能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，其自由度可以根據(jù)用途選擇2～4個(gè)，動(dòng)作空間為一圓柱體。

水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是在垂直方向上的剛性好，能方便地實(shí)現(xiàn)二維平面上的動(dòng)作，在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。 

此外，還可以 按照關(guān)節(jié)機(jī)器人的工作性質(zhì)分類，可分為很多種，比如：搬運(yùn)機(jī)器人，點(diǎn)焊機(jī)器人，弧焊機(jī)器人，噴漆機(jī)器人，激光切割機(jī)器人等。

關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)

關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大而安裝占地面積小。

2）具有很高的可達(dá)性。關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人可以使其手部進(jìn)入像汽車車身這樣一個(gè)封閉的空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，而直角坐標(biāo)式機(jī)器人不能進(jìn)行此類作業(yè)。

3）因?yàn)闆]有移動(dòng)關(guān)節(jié)，所以不需要導(dǎo)軌。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)容易密封，由于軸承件是大量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，則摩擦小，慣性小，可靠性好。

4）所需關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩小，能量消耗較小。

5）代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作。

關(guān)節(jié)機(jī)器人的缺點(diǎn)

1）肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)軸線是平行的，當(dāng)大、小臂舒展成一直線時(shí)，雖能抵達(dá)很遠(yuǎn)的工作點(diǎn)，但機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度比較低。

2）機(jī)器人手部在工作范圍邊界上工作時(shí)有運(yùn)動(dòng)學(xué)上的退化行為。

3）價(jià)格高，導(dǎo)致初期投資的成本高。

六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式

六軸工業(yè)機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用中最為廣泛的類型，具有高靈活性、超大負(fù)載、高定位精度等眾多優(yōu)點(diǎn)。那六個(gè)軸的各自運(yùn)動(dòng)路徑如何，以FANUC robot R-2000 iB來進(jìn)行詳細(xì)解讀。

J1旋轉(zhuǎn)（S軸）

J2下臂（L軸）

J3上臂（U軸）

J4手腕旋轉(zhuǎn)（R軸）

J5手腕擺動(dòng)（B軸）

J6手腕回轉(zhuǎn)（T軸）

詳細(xì)了解六關(guān)節(jié)機(jī)器人詳細(xì)運(yùn)動(dòng)方式和其應(yīng)用領(lǐng)域請戳下方視頻：

六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

上圖為常見的六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，六個(gè)伺服電機(jī)直接通過減速器、同步帶輪等驅(qū)動(dòng)六個(gè)關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)。六軸工業(yè)機(jī)器人一般有6個(gè)自由度，常見的六軸工業(yè)機(jī)器人包含旋轉(zhuǎn)（S軸），下臂（L軸）、上臂（U軸）、手腕旋轉(zhuǎn)（R軸）、手腕擺動(dòng)（B軸）和手腕回轉(zhuǎn)（T軸）。6個(gè)關(guān)節(jié)合成實(shí)現(xiàn)末端的6自由度動(dòng)作。

作為高自由度的復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)，下面通過庫卡機(jī)器人為大家展示機(jī)器人精彩的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)動(dòng)圖請戳下方視頻：

文章來源：數(shù)控自動(dòng)化