工业机器人分类:
工业机器人是应用于工业环境下的一类机器人分支(下文中的“机器人”均指“工业机器人”),从结构上可以分为“串联机器人”、“并联机器人”。
串联机器人最典型的有“平面2连杆(实际没啥用途,只是经常在论文里被作为研究对象)”、“4自由度SCARA机器人”、“5轴码垛机器人”、“6轴(6R)机器人”、“7轴机器人”,后四种的结构图如下:
并联机器人种类比较少,最常见的就是“Delta机器人(俗称蜘蛛臂)”,“Stewart并联平台”也可以算是一种并联机器人,各类型的结构图如下:
近年来,协作机器人也很火(就是有各种传感器,能跟人一起干活的,普遍有两个7自由度手臂),但是死的也快,个人并不看好这块的未来发展(市场决定了未来,热钱总是会凉下来的),典型结构如下:
工业机器人相关的各项理论:
本人是控制专业的,所以从“控制三步曲”将机器人的理论划分为:Model、Plan and Control。
Model:将物理世界的机器人用数学模型来进行表示,包括“运动学建模(正逆解)”、“动力学建模”。
对于运动学模型,各项几何物理参数(连杆长度、连杆扭角等)在设计阶段可以获取理论值,可以不对运动学参数进行辨识,但如果加工工艺或者装配等原因导致TCP精度很差,最好还是进行“运动学参数辨识与补偿”。
对于动力学模型,由于存在摩擦力等复杂非线性的力存在,对于稍稍复杂一点的结构,想在设计阶段获得较为精确的动力学参数几乎是不可能的,所以必须通过设计实验进行“动力学参数辨识”。
Plan:就是“轨迹规划”,包含2个过程“路径规划”、“速度生成”(ps.国内很多论文和书籍对这两个概念并没有清楚的进行解释,往往就是模糊的称为轨迹规划,所以必须明确:轨迹规划包含2个步骤!)
Control:就是控制,这个说起来有些尴尬,因为目前大部分的工业机器人并没有真正用到控制,目前工业机器人控制系统绝大部分都是采用“运动控制器”+“伺服驱动器”+“伺服电机”的模式,控制部分的功能由“伺服驱动器”来承担,“运动控制器”的功能是生成“伺服驱动器”所需的位置指令。
我解释下,我们理想中的机器人运动控制系统应该是这样的:将机器人本身看作一个对象,这个对象是多输入多输出、非线性、强耦合的,针对这样的系统,现在是有一套理论方法来控制的,但受限于各种各样条件,现实中绝大部分控制系统并没有这么做(不过很多学者还是很热衷于相关理论的研究)。
可以用如下这张图来表示机器人的理论图谱:
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