机器人的关节分为几种类型？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-06 10:10 标签： 关节坐标型机器人的特点

如果您对科学感兴趣，那么“奇点”可能会让您想到一个黑洞。自美国LIGO实验室证明了引力波的存在以来，黑洞在媒体上十分流行 。在黑洞的中心，物理学家认为存在“引力奇点”。这意味着重力很大，会达到无穷大。机器人奇异性使用与黑洞完全相同的概念。

想象一下，您想使用机器人使用喷漆枪来绘制线条。为了绘制完美的线条，机器人需要以恒定的速度移动。如果机器人改变速度，则线条的某些部分将比其他部分具有更多的涂料。这看起来不太好。如果机器人的速度放慢太多，我们将得到难看的油漆斑点。机器人以恒定的速度沿着直线运动很重要。机器人是精确的。通常，他们可以毫无问题地处理此问题。但是，如果生产线上存在运动学上的奇点，则可能会破坏涂漆作业。

“腕部奇点”的第二个示例显示了机器人试图以恒定速度跟随一条直线。是什么导致此故障？行中间有一个奇点。您可以通过两种方式解决此问题，但首先重要的是要了解正在发生的事情。

这意味着，越靠近中心，引力就会越来越强。理论上，在黑洞的中心，重力是无限的。这可能不是真的没人知道，但这是数学的特性。数学可以轻松处理无穷大的概念。

许多数学方程式趋于无穷大。正如这位物理学家所解释的那样，理论上，每次拔下塞子时，都应在浴缸中形成一个奇异点。旋水的基本方程式说，越接近塞孔的中心，水旋转得越快。根据等式，水应该在中心无限快地移动。实际上，这不会发生。

发生机器人奇异之处是因为机器人受数学控制（无穷大是可以的），但由真实的物理运动部件组成（不是）。如果方程式命令一个机器人关节“以无限角速度旋转180度”。

奇点是由机器人的逆运动学引起的。当放置在奇点时，运动学可以有无数种方法来实现机器人的相同尖端位置。如果未选择最佳解决方案，则假设存在最佳解决方案，则可以命令机器人关节以不可能的方式运动。无限速度不是引起问题的唯一奇异类型，某些类型的奇异性可能比其他类型更成问题。有些机器人的位置可能很糟糕，需要手动关闭，移动和重新启动它们。

Stewart平台是一个并行机器人，具有多个难点。该奇异性导致机器人在两个执行器中失去刚度并完全掉落。发生这种情况是因为数学要求（线性）执行器变得无穷大，这显然是不可能的。

幸运的是，工业机器人没有Stewart平台那样麻烦。6轴工业机器人仅具有三种类型的奇异点。但是，这些奇异之处仍会造成破坏。

美国国家工业机器人和机器人系统国家标准将奇点定义为“由于两个或多个机器人轴共线对齐而导致机器人运动和速度无法预测的情况”。因此，定义了三种奇异点，即关节对齐会导致此问题：

腕部奇异点–当机器人的两个腕部轴（关节4和6）彼此对齐时，会发生这种情况。这可能会导致这些关节尝试瞬间旋转180度。

肩膀奇异点–当机器人手腕的中心与关节1的轴对齐时发生。这会导致关节1和4尝试瞬时旋转180度。其中一个子集是“对齐奇点”，其中机器人的第一个关节和最后一个关节（关节1和6）彼此对齐。

肘部奇异点–当机器人手腕的中心与关节2和3处于同一平面时，会发生这种情况。肘部奇异点看起来像机器人“伸得太远”，导致肘部锁定在适当的位置。该视频显示了肘部奇异性导致机器人卡住的一个很好的例子。

制造商对机器人进行编程，以使奇异点不会破坏机器人。但是，在过去，这仅意味着如果命令一个关节太快移动，则机器人会完全停止并显示一条错误消息。这不是一个非常优雅的解决方案。

如今，许多机器人制造商都在提高避免奇点的能力。当腕关节被命令为“无限远”时，这导致软件降低了尖端的速度。机器人到达生产线中间时减速。当它通过奇点后，就可以继续以正确的速度完成其余部分。喷漆工作仍然会被破坏，但是机器人仍然可以正确运行并且不会卡住。

多年来，避免奇异性一直是一个发展中的话题。已经提出了各种解决方案，其中一些已经开始进入工业机器人。

机器人具有的轴越多，奇异性的可能性就越大。这是因为有更多的轴可以彼此对齐。但是，额外的轴也可以通过允许替代位置到达同一点来减少奇异性的影响。

多年来，机器人技术人员提出了许多巧妙的方法来避免出现奇异之处。当机器人的连杆笔直排成直线和/或关节接近零度时，通常会发生奇点。结果，技术人员开始向工具添加小角度，以减少机器人移动到奇点的机会。

这项技术仍然是避免奇点的好方法。以很小的角度（5-15度）安装喷枪有时可以确保机器人完全避免奇点。并非总是如此，但这是一种廉价的解决方案，易于尝试。

最后，另一种好的技术是将任务移到没有奇异之处的工作空间的一部分中。

谐波减速器是工业机器人三大核心部件之一，也是目前技术壁垒最高的关键零部件之一。其实减速器对于机械专业的我们来说一点都不陌生，是专业课中的常见户，课程设计、机械制图都离不开它的影子，如图/product.php?id=6

     焊接机器人是一个机电一体化的设备，可以按用途、结构、受控运动方式、驱动方法等观点对其进行分类。

 由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5～50mm/s，轨迹精度约为±0.2～0.5mm，由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此，希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大。

     汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，在装配每台汽车车体时，大约60％的焊点是由机器人完成。点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊接作业。

     这类机器人的结构和控制方案与机床类似，其到达空间位置的三个运动（x、y、z）是由直线运动构成，这种形式的机器人优点是运动学模型简单，各轴线位移分辨率在操作容积内任一点上均为恒定，控制精度容易提高；缺点是机构庞大，工作空间小，操作灵活性较差。简易和专用焊接机器人常采用这种形式。

     这类机器人在基座水平转台上装有立柱，水平臂可沿立柱作上下运动并可在水平方向伸缩。这种结构方案的优点是末端操作可获得较高速度，缺点是末端操作器外伸离开立柱轴心愈远，其线位移分辨精度愈低。

     与圆柱坐标结构相比较，这种结构形式更为灵活。但采用同一分辨率的码盘检测角位移时，伸缩关节的线位移分辨率恒定，但转动关节反映在末端操作器上的线位移分辨率则是个变量，增加了控制系统的复杂性。

     全关节型机器人的结构类似人的腰部和手部，其位置和姿态全部由旋转运动实现，其优点是机构紧凑，灵活性好，占地面积小，工作空间大，可获得较高的末端操作器线速度；其缺点是运动学模型复杂，高精度控制难度大，空间线位移分辨率取决于机器人手臂的位姿。

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