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“工业机器人”详解(值得收藏)

工业机器人广泛应用于工业制造中,如汽车制造、电器、食品等,可以替代重复机械操作。它们是一种只能依靠自身动力和控制来实现各种功能的机器。它能承受人的指令,并能按照预先设定的程序进行操作。现在我们来谈谈工业机器人的基本组成部分。

1.主体

主要机械是机座和执行机构,包括臂、臂、腕和手,构成了一个多自由度的机械系统。有些机器人还有其他行走机构。工业机器人有六个自由度甚至更多的手腕,通常有一到三个自由度。

2.第2条。驱动系统

工业机器人的驱动系统可分为液压、气动和电力驱动。根据需要,驱动系统也可以通过这三个例子进行组合和复合。或通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构间接传动。驱动系统具有动力装置和传动机构,以实现机构的相应动作。这三种基本驱动系统各有其特点。现在的主流是电力驱动系统。

由于惯性小,大转矩交流和直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(开关变频器、直流脉宽调制器)被广泛接受。这种系统不需要能量转换,使用方便,控制灵敏。大多数电机后面都需要有一个很好的传动机构:减速器。齿轮变速器将电机的反转降低到所需的反转,并获得更大的扭矩装置,从而降低转速并增加扭矩。当负载较大时,盲目增加伺服电机的功率是不划算的。它可以在适当的速度范围内通过减速器进一步输出扭矩。伺服电机在低频时容易发热和振动。长时间重复工作不利于保证其准确性和可靠性。细减速电机的存在使伺服电机以合适的速度运行,增强了机体的刚性,同时输出更多的扭矩。目前主要有两种减速器:谐波减速器和RV减速器。

三。控制系统

机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能的主要因素。控制系统根据输入程序检索和控制驱动系统和执行机构的指令信号。工业机器人控制技术的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动范围、姿态和轨迹、动作时间。具有编程简单、菜单操作、人机界面友好、操作提示在线、操作方便等特点。

控制系统是机器人的中心,国外公司对我们的实验也很封闭。近年来,随着微电子技术的发展,微处理器的功能越来越高,价格越来越便宜。现在,市场上出现了售价1-2美元的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器的发展带来了新的机遇,使开发低成本、高功能的机器人控制器成为可能。为了使系统具有足够的操作和存储能力,目前机器人控制器主要采用ARM系列、DSP系列、PowerPC系列、Intel系列芯片。

由于现有通用芯片的功能和功能在价格、功能、集成和接口等方面不能完全满足某些机器人系统的要求,对机器人系统的SoC(SystemOn-Chip)技术提出了要求。将特定的处理器与所需的接口集成,可以简化外围电路的设计,减小系统的规模,降低成本。成本。例如,Actel将NEOS或ARM7处理器核心集成到其FPGA产品中,形成一个完整的SOC系统。在机器人技术控制器领域,研讨会主要在美国和日本举行,有美国德尔塔公司、日本彭利公司等成熟产品,其运动控制器基于DSP技术,采用基于PC的开放式架构。

4。感知系统

它由内部传感器模块和外部传感器模块组成,在内部和外部环境状态下获取有意义的信息。

内部传感器:用于检测机器人自身状态的传感器(如手臂之间的角度),主要用于检测传感器的位置和角度。具体有:位置传感器、角度传感器等。

外部传感器:用于检测环境(如物体与物体之间的距离)和状况(如被抓物体是否滑动)的传感器。具体来说,有距离传感器、视觉传感器、力传感器等。

智能传感器系统的应用提高了机器人的机动性、实用性和智能化水平。人的感知系统对外界的信息很灵敏。然而,对于某些特殊信息,传感器比人类系统更有效。

5。末端执行器

末端执行器是连接到操纵器的最后一个关节的组件。它通常用于抓取对象、连接其他机制并执行所需的任务。机器人通常不会在制造业中设计或销售末端执行器。在大多数情况下,它们只提供一个简单的钳子。末端执行器通常安装在机器人的6轴法兰盘上,在给定的环境下完成焊接、喷漆、涂胶和零件装卸等任务。

伺服电机概述

伺服驱动器又称“伺服控制器”和“伺服放大器”,是一种用于控制伺服电机的控制器。其功能与普通交流电机上的变频器相似,属于伺服系统的一部分。伺服电机一般由位置、速度和力矩控制,实现传动系统的高精度定位。

伺服电机分类

它分为直流和交流伺服电机。交流伺服电机分为异步伺服电机和同步伺服电机。目前,交流系统正逐步取代直流系统。与直流系统相比,交流伺服电机具有可靠性高、散热性好、转动惯量小、高压运行等优点。交流伺服系统由于无刷和转向机构的存在,也成为一种无刷伺服系统,其中电机为无刷笼型异步电机和永磁同步电机。

1)直流伺服电机分为无刷电机和无刷电机。

(1)刷式电动机成本低,结构简单,起动转矩大,转速范围宽,易于控制和维护,但维护方便(更换碳刷),产生电磁干扰,对使用环境有要求。它通常用于成本敏感的一般工业和民用场合;

(2)无刷电机体积小、重量轻、输出量大、响应快、转速高、惯性小、转动平稳、控制复杂、智能灵活的电子换向方式、方波或正弦波换向、免维护电机、高效节能、电磁辐射小、温度低。使用寿命长,适用于各种环境。

不同类型伺服电机的特点

1)直流伺服电机的优缺点

优点:速度控制准确,转矩和速度特性硬,控制原理简单,使用方便,价格低廉。

缺点:换刷、限速、附加阻力、磨损颗粒(无尘、易爆环境不适宜)

2)交流伺服电机的优缺点

优点:速度控制特性好,几乎无振荡,效率90%以上,发热少,速度控制快,位置控制精度高(取决于编码器的精度),恒矩,低惯性,低噪声,无刷磨损,免维护(适用于无尘、爆炸性环境),可在R中实现。急诊手术区。

缺点:控制复杂,需要现场调整PID参数来确定驱动参数,需要更多的连接。

目前,主要伺服驱动器采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现更复杂的控制算法、数字化、网络化和智能化。智能功率模块(IPM)广泛应用于电力设备中。IPM集成了驱动电路,具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测和保护电路。主电路还增加了软启动电路,以减少启动过程对驱动器的影响。电力驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相或市电进行整流,得到相应的直流电。三相永磁同步交流伺服电动机是由三相正弦脉宽调制电压源逆变器经三相或市电整流后驱动的。动力驱动单元的整个过程可以简单地描述为交-直-交的过程。整流单元(AC-DC)的主要拓扑结构是三相全桥不可控整流电路。

三。伺服系统连接图

1。驱动器布线

伺服驱动器主要包括控制电路电源、主控制电路电源、伺服输出电源、控制器输入CN1、编码器接口CN2、连接CN3。控制回路电源是单相交流电源,输入电源可以是单相、三相,但必须是220伏,也就是说,当三相输入时,我们的三相电源必须是变压器来连接的,对于功率较小的驱动器,可以是单相直接驱动,单相连接方式必须是交流。连接到R,S端子。伺服电机输出的U、V、W不得与主电路连接电源,否则会烧坏驱动器。CN1端口主要用于PC机控制器的连接,提供编码器ABZ的输入、输出、三相输出、各种监控信号的模拟输出。

2编码器接线

从上图可以看出,我们只使用五个终端,一根屏蔽线,两条电源线和两个串行通信信号(+-),这与我们普通的编码器接线类似。

03通讯口

驱动程序通过CN3端口与PLC、HMI等PC机连接。Modbus通信用于控制驱动程序。可以使用RS232和RS485进行通信。

四、伺服驱动器市场

机器人对联合驱动电机有严格的要求。交流伺服电机广泛应用于工业机器人中。目前,国内高端市场主要由国外知名企业占据,主要来自日本、欧洲和美国,未来国内替代空间较大。目前,国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,主要来自日本、欧洲和美国。其中,日本产品的市场占有率最高,约为50%。其知名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等。其产品特点是其技术和性能水平与中国用户的需求相适应。具有良好的性价比和高可靠性,获得了稳定、持续的客户来源,特别是在中小型原始设备制造商市场。

精密减速器

最近读到一则新闻:机器人行业打破了“卡脖子”的问题,感觉很深。随着劳动力成本的增加,工业机器人的替代已成为一种趋势。工业机器人是智能制造的基石,但其核心部件制约着我国机器人工业的发展。根据相关调查,国内机器人减速器普遍依赖进口。为了使机器人工业成为中国的气候,我们必须下定决心解决核心部件的问题。

介绍了工业机器人的核心精密零件:减速器。与普通减速器相比,机器人减速器要求传动链短、体积小、功率大、重量轻、控制方便。在减速器行业中,我们必须提到这一行业的两大巨头是Nabetsco(皇帝,也称为Nabotsk)和Hamonica Drive(Hamonaco),通常称为RV减速器和谐波减速器。他们几乎垄断了机器人减速器的全球使用。这两种减速器都是微米级的加工精度。在大批量生产阶段,很难有较高的可靠性,更不用说几千转的高速运转了,而且寿命也很长。目前工业机器人中广泛使用的减速器有两种:RV减速器和谐波减速器。

RV减速器:啮合齿差小,但相对于谐波减速器,RV减速器通常是摆线针轮。RV减速器由摆线针轮和行星架组成。与谐波减速器相比,RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速器具有较高的疲劳强度、刚度和寿命,与谐波传动不同,随着使用时间的增加,运动精度会显著降低,其缺点是重量大、尺寸大。RV减速器用于大扭矩机器人腿、腰、肘三个关节。对于大负载的工业机器人,一轴、二轴和三轴使用RV减速器。

它的疲劳强度、刚度和寿命均比机器人常用的谐波驱动高,齿隙精度稳定。与谐波驱动不同,运动精度随时间的增加而显著降低。因此,在世界许多国家,RV减速器被广泛应用于高精度机器人驱动中。因此,在先进的机器人驱动中,RV减速器逐渐取代谐波减速器。该装置的发展趋势。


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