Ein Industrieroboter ist ein mehrgelenkiger Manipulator oder ein Maschinengerät mit mehreren-Freiheitsgraden--, das für industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Es kann Aufgaben automatisch ausführen und dabei auf seine eigene Energie- und Steuerungsfähigkeit zurückgreifen, um verschiedene Funktionen zu erreichen. Es kann von Menschen gesteuert werden oder nach vor-programmierten Abläufen arbeiten. Auch moderne Industrieroboter können nach Prinzipien agieren, die mithilfe der Technologie der künstlichen Intelligenz etabliert wurden.
Ein Industrieroboter besteht aus drei Grundteilen: dem Körper, dem Antriebssystem und dem Steuerungssystem. Der Körper, einschließlich der Basis und der Aktuatoren, besteht aus Arm, Handgelenk und Hand; Einige Roboter verfügen auch über einen Fortbewegungsmechanismus. Die meisten Industrieroboter verfügen über 3–6 Freiheitsgrade, wobei das Handgelenk typischerweise 1–3 Freiheitsgrade aufweist. Das Antriebssystem umfasst die Antriebseinheit und den Übertragungsmechanismus, mit denen die Aktoren entsprechende Bewegungen erzeugen können. Das Steuerungssystem gibt entsprechend dem Eingabeprogramm Befehlssignale an das Antriebssystem und die Aktoren aus und führt die Steuerung durch.
Industrieroboter werden anhand der Bewegung ihrer Arme in vier Typen eingeteilt:
1. Kartesische Koordinatenarme: Bewegen Sie sich entlang dreier kartesischer Koordinaten;
2. Zylindrische Koordinatenarme: Führen Sie Hebe-, Rotations- und Ausfahr-/Einfahrbewegungen aus;
3. Sphärische Koordinatenarme: drehen, neigen und aus-/einfahren;
4. Gelenkarme: verfügen über mehrere Drehgelenke.
Lassen Sie uns heute diese vier Arten von Industrierobotern aufschlüsseln und herausfinden, mit welchem Sie am besten vertraut sind.
Mehrachsige-Roboter
Mehrachsige Roboter, auch bekannt als einachsige Manipulatoren, Industrieroboterarme, Elektrozylinder usw., sind Robotersysteme, die auf einem kartesischen XYZ-Koordinatensystem als grundlegendes mathematisches Modell basieren. Als grundlegende Arbeitseinheiten verwenden sie Servomotoren oder Schrittmotoren als angetriebene einachsige Manipulatoren sowie Kugelumlaufspindeln, Zahnriemen und Zahnstangengetriebe als übliche Übertragungsmethoden. Sie können jeden Punkt im dreidimensionalen XYZ-Koordinatensystem erreichen und einer kontrollierbaren Bewegungsbahn folgen.
Mehrachsige Roboter nutzen ein Bewegungssteuerungssystem für den Antrieb und die programmierbare Steuerung. Lineare und gekrümmte Bewegungsbahnen werden durch Mehrpunktinterpolation erzeugt, und Bedienung und Programmierung werden durch geführte Lehrprogrammierung oder Koordinatenpositionierung erreicht.
SCARA-Roboter
Ein SCARA-Roboter ist ein spezieller Typ eines Industrieroboters mit Zylinderkoordinaten. Es verfügt über drei Drehgelenke mit parallelen Achsen zur Positionierung und Ausrichtung in einer Ebene. Das verbleibende Gelenk ist ein translatorisches Gelenk, das für die Bewegung des Endeffektors senkrecht zur Ebene verwendet wird. Der Handgelenksbezugspunkt wird durch die Winkelverschiebungen φ1 und φ2 der beiden Drehgelenke und die Verschiebung z des Translationsgelenks bestimmt, d. h. p=f(φ1, φ2, z), wie in der Abbildung dargestellt. Diese Roboter sind leicht und haben eine schnelle Reaktionszeit; Beispielsweise kann der SCARA-Roboter Adept 1 Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s erreichen, was um ein Vielfaches schneller ist als typische Gelenkroboter. Es eignet sich am besten für die planare Positionierung und vertikale Montagevorgänge.
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XY-Koordinaten (vorne, hinten, links, rechts)
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Z-Koordinaten (oben, unten)
Koordinatenroboter
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Ein Koordinatenroboter ist ein Mehrzweckmanipulator, der automatische Steuerung, umprogrammierbaren Betrieb, mehrere Freiheitsgrade und räumliche kartesische Beziehungen ermöglicht. Sein Betrieb umfasst hauptsächlich lineare Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse. Koordinatenroboter nutzen ein Bewegungssteuerungssystem zur Antriebs- und Programmsteuerung. Lineare und gekrümmte Trajektorien werden durch Mehrpunktinterpolation erzeugt, und Bedienung und Programmierung werden durch geführte Lehrprogrammierung oder Koordinatenpositionierung erreicht.
Als kostengünstige, einfach{1}strukturierte automatisierte Robotersystemlösung können Koordinatenroboter in gängigen industriellen Produktionsbereichen eingesetzt werden, z. B. Dosieren, Tropfformen, Sprühen, Palettieren, Sortieren, Verpacken, Schweißen, Metallverarbeitung, Handhabung, Be- und Entladen, Montage und Drucken. Sie bieten einen erheblichen Anwendungswert, da sie manuelle Arbeit ersetzen, die Produktionseffizienz verbessern und die Produktqualität stabilisieren.
Serielle und parallele Roboter
Die serielle Struktur eines seriellen Roboters ist eine offene kinematische Kette; seine beweglichen Glieder bilden keine geschlossene Strukturkette. Serielle Roboter bieten einen großen Arbeitsbereich und sind einfacher zu bewegen, wodurch Kopplungseffekte zwischen Antriebsachsen vermieden werden. Allerdings muss jede Achse unabhängig gesteuert werden, was zur Verbesserung der Bewegungsgenauigkeit Encoder und Sensoren erfordert.
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Parallelroboter hingegen ergänzen in der Anwendung klassische industrielle Serienroboter und bilden eine geschlossene kinematische Kette. Parallelroboter sind weniger anfällig für dynamische Fehler und weisen eine hohe Genauigkeit ohne Fehlerakkumulation auf. Darüber hinaus sorgt ihre kompakte und stabile Bauweise, bei der die meisten Abtriebsachsen Axialkräfte aufnehmen, für eine hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit. Bei Parallelrobotern ist die Vorwärtslösung jedoch schwieriger als die Rückwärtslösung.
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2-DOF-Parallelroboter
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3-DOF-Parallelroboter
DDoS-Parallelmechanismen sind vielfältig und komplex und fallen im Allgemeinen in die folgenden Kategorien:
1. Planare 3-DOF-Parallelmechanismen, wie der 3-RRR-Mechanismus, der zwei Translations- und eine Rotationsachse hat;
2. Sphärische 3-DOF-Parallelmechanismen, wie der sphärische 3-UPS-1-S-Mechanismus. Die Kinematik dieses Typs ist sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtskinematik einfach, was sie zu einem weit verbreiteten mobilen 3D-Raummechanismus macht;
3. Räumliche 3-DOF-Parallelmechanismen, wie der Delta-Parallelroboter. Diese Mechanismen sind untergeordnet und ihr hervorstechendes Merkmal besteht darin, dass ihre Bewegung an verschiedenen Punkten im Arbeitsbereich variiert.
4. Eine weitere Kategorie umfasst räumliche Mechanismen mit zusätzlichen Hilfsgliedern und kinematischen Paaren.
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4-DOF-Parallelroboter
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6-DOF-Parallelroboter
6-DOF-Parallelmechanismen sind eine Hauptkategorie paralleler Robotermechanismen und die von Wissenschaftlern im In- und Ausland am häufigsten untersuchten Parallelmechanismen. Sie werden häufig in Flugsimulatoren, 6D-Kraft- und Drehmomentsensoren und parallelen Werkzeugmaschinen eingesetzt. Viele Schlüsseltechnologien für diese Mechanismen sind jedoch noch nicht vollständig geklärt, beispielsweise ihre Vorwärtskinematik, die Erstellung dynamischer Modelle und die Genauigkeitskalibrierung paralleler Werkzeugmaschinen.
