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为什么六轴工业机器人是6个轴?

[来源:智慧Robot; 时间:2020-06-22]收藏文章

为什么六轴工业机器人是6个轴?这个问题听起来是不是有些荒唐,您可能会说这不是废话吗,六轴工业机器人当然是6个轴了。可是我想问的并不是6等不等于6的问题,而是6为什么是6的问题,还是不明白,没关系让我们一起来一探究竟。

首先我们需要先明确6轴工业机器人的6个轴都是什么,通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴,基座轴和工装轴统称外部轴,我们讨论的6个轴是机器人轴。

 

 

六个轴的作用

1轴

1轴是连接底盘的位置,也是承重和核心位置,它承载着整个机器人的重量和机器人左右水平的大幅度摆动。

2轴

它是控制机器人前后摆动、伸缩的重要的一个轴。

3轴

3轴也是控制机器人前后摆动的一轴,不过摆动幅度比第2轴要小很多,不过这也是六轴机器人臂展长的根据。

4轴

4轴是控制上臂部分180°自由旋转的一轴,相当于人的小臂。

5轴

5轴很重要,当你差不多调好位置后,你得精准定位到产品上,就要用到第5轴,相当于人手腕部分。

6轴

当您将5轴定位到产品上之后,需要一些微小的改动,就需要用到第6轴,第6轴相当于可以水平360°旋转的一个转盘。可以更精确定位到产品。

好,了解了六轴工业机器人6个轴的作用后,我们就开始讨论为什么必须是6个轴的问题。先给出结论,刚体在空间有六个自由度,即X、Y、Z方向的平移和旋转,六自由度机械臂刚好可以满足这些要求,这就是问题的答案,是不是有些糊涂,不要紧,我们接着往下看。

 

如何在保持末端位置和姿态不变的情况下由左侧图变换到右侧图,如果想象不出来可以找两根筷子摆出来试试,答案是不可能实现。所以想实现以上的结果就得经过两个关节一系列的运动来完成。

有人会说了,增加一个轴就可以保证末端位置不变而实现姿态的调整,像下图一样。

 

没有错,但这样变换后只是保证了末端位置的固定,可是方向上却发生了根本的变化,还是上面的图,加个箭头再看一下。

 

而且这个例子只是一个最简单的情况,它的自由度只限制在两个轴向上。所以如果自由度增加到3个,还要满足以上的变换要求,再考虑到机器人每个关节只能绕一个轴进行旋转,所以就要更多的关节共同协调运动完成,最终的答案就是7个关节,也就是最少需要7个轴的机械臂才能完成末端位置和姿态不变去进行姿态调整。听到这您可能会问,我们常见的工业机器人不都是6个轴的吗,照你的说法这些6轴机器人都没法干活了?当然不是,6轴机器人固然可以干活,而且能够很好的完成大部分的工作要求,但正是由于少了一个自由度,6轴工业机器人在工作过程中虽然只是想改变末端机构的朝向,却需要不断大幅度变换各轴的姿态去避免过程中不必要的碰撞,所以我们在电视上才能经常看到生产车间里机器人异常忙碌的身影。

说到这您可能就会问,既然7个轴能避免很多问题让工作更便捷,为什么不都使用7轴的工业机器人呢,原因说起来也很简单,成本,第一,7轴的控制远非5轴6轴控制一样简单,会涉及到更多的变量、条件和算法,控制器软硬件的研发制造成本都会增加。第二,机械结构越复杂,就越会增加机器人的整体结构强度和承载重量,为了解决结构强度的问题就得考虑结构布局和材料等问题,这就大大增加了机器人的成本。所以综合以上,6轴工业机器人是综合性最优的选择。

到此六轴工业机器人为什么是6个轴的问题我们终于分析清楚了,是不是很有收获,如果觉得对您还有些帮助,分享出去让更多人看到,我们下期再见。