六轴机器人结构设计 传统六轴机器人的基本构成

传统关节机器人主要由本体结构件、减速器、伺服电机、控制器等构成。

 

本体结构件

工业机器人本体由旋转机座，大臂，小臂等部位组成，是机器人外面最直接的机械结构。机器人本体结构件包含铸铁、铸钢、铸铝、结构钢等多种材质。

减速器 

减速器用于承载机器人各个关节的载荷，电机输出的高转速低扭矩通过减速器后形成低转速高转矩，从而提升机器人各轴的输出力矩，使得机器人可以承受较大的负载。机器人对减速器的要求很高，需要减速器体积小、质量小、减速比大、精度高、抗冲击等。

目前大量应用于多关节机器人的减速器主要有两种：一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。RV减速器因具有更高的刚度和回转精度，一般被放置在大臂、肩部等重负载位置；谐波减速器则被放置在小臂及手腕部。

驱动控制系统

驱动控制系统主要用于控制机器人按照设定的运动参数进行运动。其主要包含伺服驱动器、伺服电机和控制器。

（1）伺服电机主要用于驱动机器人的关节，要求具备最大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围；

（2）伺服驱动器是驱动伺服电机进行运动的装置，根据控制器的指令，伺服驱动器给予伺服电机相应的电流，从而保证伺服电机按照需求的运动速度、加速度、运转位置等条件进行运动，从保证机械臂的运动达到设定要求。

（3）控制器可对其内部参数进行人工设定而实现对机器人的位置控制、速度控制和转矩控制等多种功能。

六轴串联机器人“轴”作用

传统六轴工业机器人一般有6个自由度，常见的包含旋转（S轴），下臂（L轴）、上臂（U轴）、手腕旋转（R轴）、手腕摆动（B轴）和手腕回转（T轴）。6个关节合成实现末端的6自由度动作。

一轴：第一个轴是连接底座的部分，承载着整个机器人的重量和和底座的左右转动；

二轴：控制机器人大臂的前后摆动；

三轴：控制机器人小臂的前后摆动；

四轴：控制机器人小臂旋转；

五轴：控制和上下微调机械手手腕的转动，通常是当产品抓取后可以进行产品翻转的动作；

六轴：用于末端夹具部分的旋转功能，可更精确定位到产品。

Tips

根据应用场景不同，手腕部分也有不同的结构设计方式。B（bend）表示弯曲结构，R（revolve）表示转动结构。

六轴串联机器人优劣势

优势

结构紧凑，安装占地面积小；

灵活性好，手部到达位置范围大，具有较好的避障性能；

没有移动关节，关节密封性能好，摩擦小，惯量小；

关节驱动力小，能耗较低。

劣势

运动过程中存在平衡问题，控制存在耦合；

当大臂和小臂舒展开时，机器人结构刚度较差；

控制运动过程中存在奇异点，使用及控制算法需规避。

 

        责任编辑：彭菁