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      4. 直角坐标机器人与关节机器人对比分析

          前言:现今工业机器主要分两大类——直角坐标器人和关节机器人,这两类机器人均适合用于诸多工业领域的机械自动化作业,比如,自动装配、喷漆、搬运码垛、焊接等工作。本文是结合主要介绍直角坐标机器人和关节机器人的特性,以及两种机器人的应用对比。这些对比分析来自我们的经验及认识,有其局限性,不充分,仅供朋友们参考。

          一、直角坐标机器人

          1、概念:

          基于空间XYZ直角坐标系编程、有三轴及以上自由度,能够实现自动控制、可重复编程反复应用,适合不同任务的自动化设备。

          它能够搬运物体、操作工具,以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展,在不断的完善,直角坐标机器人作为机器人的一种,其含义也在不断的完善中。

          2、特点:

          1)任意组合成各种样式,形成两轴到六轴不同结构形式。

          2)超大行程:单根最多长度是6米,但可以多根方便地级连成超大行程,例如50米长。

          3)负载能力强:通常是到200公斤,但当采用多根多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。

          4)高动态特性:轻负载时其最高运行速度每秒8米,加速度每秒5米。

          5)高精度:重复定位精度可达到0.05mm~0.01mm。

          6)扩展能力强:可以方便改变结构或通过编程来适合新的应用。

          7)简单经济:编程简单类同数控铣床,易培训员工和维修,使其具有非常好的经济性。

          8)寿命长:直角坐标机器人的寿命一般是10年以上,维护好可达40年。

          9)应用范围广:可以方便地装配多种形式和尺寸的手爪,可以胜任许多常见的工作,如焊接、切割,搬运、上下料、包装、码垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。

          二、关节机器人

          1、概念:

          也称关节手臂机器人或关节机械手臂,有很高的灵活度,通常5~6轴,适合于几乎任何轨迹或角度的工作。

          2、特点:

          1)有很高的自由度,灵活性,从不同角度不同方位来工作。

          2)速度可达6米/秒,加速度10米/每秒;工作效率高,

          3)经常在网络或电视里看到,较为世人所熟悉和接受。

          4)6轴机器人主要应用于汽车点焊,弧焊,装配(拧螺丝),检测类这些轻巧类工作。

          5)人们开发了4轴搬运码垛类机器人。

          三、特点及应用分析对比

          1、工作空间与承载能力:

          1)直角坐标型标准单根长度6m,拼装后可达到100m;组合成龙门式机器人,其工作空间可以是非常的三维立体空间。单根承载10~200kg,特殊结构可达2400Kg。

          2)关节型最大工作半径3m,在有效半径内可以任何角度工作。关节机器人工作半径所在的园周内要做安全隔离,所以通常占用更大的空间。不适合大距离空间工作,或放置到直线运动单元上。承载能力有几种规格5~20Kg可选,但最大1300Kg,这时及其昂贵。

          说明:常见的关节型机器人的工作半径越大、强度也要大,对于承载能力越强,但为保证其稳定的机械结构,造价会非常高。

          直角坐标型的龙门框架结构,承载能力强,可无限扩展,稳定可靠,造价相对低很多。

          2、工作精度

          1)直角坐标型:由于结构简单,重复定位精度0.05mm,丝杠型可达0.01mm,甚至更高。

          2)关节型:重复定位精度0.06mm,轻载荷小半径0.02mm,重载荷精度0.2mm。

          说明:在通常情况下,两种机器人均可满足精度要求。其中丝杠型直角坐标机器人更适合对精度要求更加苛刻的行业。

          3、组合方式

          1)直角坐标型组合方式多样,龙门式、悬臂式、壁挂式等,可根据不同的负载、行程、功能及特殊空间要求,为客户订制所需求产品。同时,X、Y、Z三轴基础上可以扩展旋转轴和翻转轴,构成五自由度和六自由度机器人。

          2)关节型可细分为6自由度机器人、Scara机器人、四连杆机器人,种类相对少,选择性和灵活性较直角坐标型小很多。

          4、机械安装及维护

          1)直角坐标型为模块化产品,在工厂全部预连接运行,然后拆装出厂。现场通过螺栓简单拼装,调水平即可电气调试,用户甚至可以自行完成机械安装。龙门式框架为整个安装空间,其工作空间也在框架范围内。

          模块化产品,用户可以自行拆卸、更换或维护,所有机械零件均为通用品,维修维护费用低。

          2)关节型集成化程度高,整体性好,但需要专业人员进行机械安装。安装空间较直角坐标型小,但是其工作空间是其整个工作半径,工作区域需要做防护处理,故设备总占地面积不小于直角坐标型。

          由于机械化程度高及控制非常复杂,维修和维护必须由厂家或供应商的专业人员完成(国外进口品牌的维护费用在300元/小时左右),用户往往面临两个问题高价维修或报废处理。

          5、软件编程操控和维护

          1)从电气系统到上位机直角坐标型都是开放、灵活的,适用任何品牌的PLC、CNC、伺服驱动系统,甚至可以按用户熟悉品牌选定。编程简单,用户可以随意扩展,操控简单易操作。

          完全的交钥匙工程,简单程序问题和硬件故障,客户可以自行处理,例如更换驱动电机、PLC等,维护费用低。

          2)关机型机器人:软件系统集成化,库函数直接调用,是其软件优点。但编程和操控必须由供应商通过专业培训才能完成(厂家软件编程费用300元/小时),而且特殊软件需要收费。

          维护和维修完全受制于人,由于品牌互相不兼容,硬件故障必须由供应商或厂家直接提供,非市场通用产品,费用高昂。

          6、前期投入成本:不考虑后期维护维修费用,以60Kg负载码垛机器人为例

          直角坐标机器人:25~40万

          关节机器人:60~80万

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