工业机器人的分类没有统一的规定,常见分类方法有按智能程度、按结构坐标系等。
(1)按智能程度分类
按智能程度分类,机器人可以分为以下3种:
1)示教再现型机器人
示教再现型机器人具有记忆能力,能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教分为两种形式:
①由操作员手把手示教。操作人员握住机器人上的喷枪,沿喷漆路线示范一遍,机器人动作中记住这一连串运动,工作中,自动重复这些运动,从而完成给定位置的涂装工作。
②通过示教器示教。操作人员利用示教器上的开关或按键来控制机器人一步一步运动,机器人自动记录,然后重复。
2)感知机器人
感知机器人具有环境感知装置,对外界环境有一定感知能力,并具有听觉、视觉、触觉等功能。工作时,根据感觉器官(传感器)获得的信息,灵活调整自己的工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。目前已进入应用阶段。例如,具有触觉的机械手可轻松自如地抓取皮球,具有嗅觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类。
3)智能机器人
智能机器人具有高度的适应性,能自行学习、推理、决策等,现处于研究阶段。
(2)按机器人结构坐标系分类
按机器人结构坐标系分类可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、极坐标机器人和多关节坐标机器人等类型。
1)直角坐标机器人
直角坐标机器人的手部在空间3个相互垂直的X、Y、Z方向移动,构成一个直角坐标系,运动是独立的(有3个独立自由度),其动作空间为一长方体。如图1-2所示,其特点是控制简单、运动直观性强、易达到高精度,但操作灵活性差、运动的速度较低、操作范围较小而占据的空间相对较大。
2)圆柱坐标机器人
圆柱坐标机器人机座上具有一个水平转台,在转台上装有立柱和水平臂,水平臂能上下移动和前后伸缩,并能绕立柱旋转,在空间构成部分圆柱面(具有一个回转和两个平移自由度),如图1-3所示,其特点是其工作范围较大、运动速度较高,但随着水平臂沿水平方向伸长,其线位移分辨精度越来越低。著名的Versatran机器人就是典型的圆柱坐标机器人。(www.xing528.com)
图1-2 直角坐标机器人
图1-3 圆柱坐标机器人
3)极坐标机器人(球坐标型)
极坐标机器人工作臂不仅可绕垂直轴旋转,还可绕水平轴做俯仰运动,且能沿手臂轴线做伸缩运动(其空间位置分别有旋转、摆动和平移3个自由度),如图1-4所示,著名的Unimate机器人就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑,所占空间体积小于直角坐标和圆柱坐标机器人,但仍大于多关节坐标机器人,操作比圆柱坐标机器人更为灵活。
4)多关节坐标机器人
多关节坐标机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。其特点是操作灵活性好、运动速度高、操作范围大,对喷涂、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性,应用范围越来越广。摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种,因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。目前世界工业界装机最多的多关节机器人是串联关节垂直六轴机器人和SCARA型四轴机器人,如图1-5所示。
①垂直多关节机器人:操作机由多个关节连接的机座、大臂、小臂和手腕等构成,大、小臂既可在垂直于机座的平面内运动,也可实现绕垂直轴的转动。模拟了人类的手臂功能,手腕通常由2~3个自由度构成。其动作空间近似一个球体,所以也称为多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势,可以生成各种复杂形状的轨迹。
图1-4 球面坐标机器人
图1-5 ABB六轴工业机器人
②水平多关节机器人:在结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂,自由度可以根据用途选择2~4个,动作空间为一圆柱体。其优点是在垂直方向上的刚性好,能方便地实现二维平面上的动作,在装配作业中得到普遍应用。图1-6所示为ABB公司的水平多关节机器人。
图1-6 水平多关节机器人
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