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关于“机械臂”的小背景

编辑:kefu 时间:2021-06-01 17:50:02 点击:

      我们常说的机械臂多指形似人类手臂的串联式多自由度机器人。它由多个驱动关节通过机器人本体的机械结构依次串联,机器人的末端可以实现空间的多自由度运动。在末端安装吸盘、机械手、油漆喷嘴等执行器,即可代替人工进行部分高危、高强度的重复工作,现已广泛应用于工业、医疗、教育、娱乐等领域、与我们的生活息息相关。本文将汇总谈及“机械臂”时必将提到的内容。

 
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一、机械臂的“轴”
 
     轴,对应于机械术语中的自由度(Degree of Freedom,DOF),代表了机器人所具有的独立运动坐标轴的数目,通常与机器人使用的电机数量相同。例如七轴机械臂采用7个电机,通过7个独立运动共同驱动机器人工作。常见机械臂的“轴”数多为3-7之间,轴数越多,机器人越灵活,但结构越复杂,成本越高。
 
(一)四轴机械臂——SCARA机器人
 
     SCARA机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm),也称水平多关节机器人,该机器人具备4个独立的驱动关节,包括3个轴线相互平行的旋转关节和1个移动关节。3个旋转关节可让机器人在平面内进行定位和定向,移动关节可使末端完成垂直于平面的直线运动。SCARA机器人结构相对简单,更易于快速运动,适用于快速分拣;在XOY平面具有柔顺性,在Z轴方向具备较好的刚度,也适用于精密装配。
 
(二)六轴机械臂——最常见的工业机器人
 
     1959年,George Devol和Joseph F·Engelberger发明了世界上第一台工业机器人,功能和人手臂功能相似,并命名为Unimate,意为“万能自动”。生活中最常见的六轴机械臂就是一种典型的工业机器人,在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业现场有着广泛的应用。
 
     在机械结构上,该机器人具备6个独立的驱动关节,第一个驱动关节可模拟人类的腰转动作,第二、三个驱动关节分别模拟大臂和小臂动作,最后的第四、五、六驱动关节可实现人类手腕的功能,运动灵活,可在其工作范围内可以完成任意定位和定向。六轴机械臂具备较好的通用性,在机械臂末端配合安装末端执行器,例如吸盘、夹具、手爪等,可适不同工业流程的需求,目前已是柔性制造和装配生产线的中坚力量。
 
(三)七轴机械臂——可避障的机器人
 
     七轴机械臂拥有7个独立的驱动关节,可实现人类手臂的最真实还原。六轴机械臂已经可以在空间任意位置和方向进行定位,7自由度机械臂通过加入一个冗余的驱动关节,具备更强的灵活性,实现在固定末端执行器的情况下,调节机械臂形态,可对附近障碍物进行有效避让。冗余的驱动轴使机械臂柔性更强,更适宜于人机交互协作使用。
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