什么是關(guān)節(jié)機器人？

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

關(guān)節(jié)機器人的分類

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

垂直關(guān)節(jié)機器人如上圖所示，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個自由度構(gòu)成。其動作空間近似一個球體，所以也稱多關(guān)節(jié)球面機器人。

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

缺點是結(jié)構(gòu)剛度較低，動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、電弧焊接、噴涂、點焊接等作業(yè)場合。 

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

水平關(guān)節(jié)機器人的優(yōu)點是在垂直方向上的剛性好，能方便地實現(xiàn)二維平面上的動作，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)機器人的工作性質(zhì)分類，可分為很多種，比如：搬運機器人，點焊機器人，弧焊機器人，噴漆機器人，激光切割機器人等。

關(guān)節(jié)機器人的優(yōu)缺點

關(guān)節(jié)機器人的優(yōu)點

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)式機器人可以使其手部進(jìn)入像汽車車身這樣一個封閉的空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，而直角坐標(biāo)式機器人不能進(jìn)行此類作業(yè)。

3）因為沒有移動關(guān)節(jié)，所以不需要導(dǎo)軌。轉(zhuǎn)動關(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)機器人的缺點

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，雖能抵達(dá)很遠(yuǎn)的工作點，但機器人的結(jié)構(gòu)剛度比較低。

2）機器人手部在工作范圍邊界上工作時有運動學(xué)上的退化行為。

3）價格高，導(dǎo)致初期投資的成本高。

六軸關(guān)節(jié)機器人的運動方式

六軸工業(yè)機器人作為工業(yè)機器人中應(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。那六個軸的各自運動路徑如何，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（B軸）

J6手腕回轉(zhuǎn)（T軸）

詳細(xì)了解六關(guān)節(jié)機器人詳細(xì)運動方式和其應(yīng)用領(lǐng)域請戳下方視頻：

六軸關(guān)節(jié)機器人的機械結(jié)構(gòu)

上圖為常見的六軸關(guān)節(jié)機器人的機械結(jié)構(gòu)，六個伺服電機直接通過減速器、同步帶輪等驅(qū)動六個關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)。六軸工業(yè)機器人一般有6個自由度，常見的六軸工業(yè)機器人包含旋轉(zhuǎn)（S軸），下臂（L軸）、上臂（U軸）、手腕旋轉(zhuǎn)（R軸）、手腕擺動（B軸）和手腕回轉(zhuǎn)（T軸）。6個關(guān)節(jié)合成實現(xiàn)末端的6自由度動作。

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

詳細(xì)動圖請戳下方視頻：

文章來源：數(shù)控自動化