機器人主要由機器人本體、驅動系統和控制系統所構成。機器人本體由機座、立柱、大臂、小臂、腕部和手部組成, 用轉動或移動關節串聯起來, 激光加工工作頭安裝在其手部終端, 像人手一樣在工作空間內執行多種作業。加工頭的位置一般是前3個手臂自由度確定, 而其姿態則與后3 個腕部自由度有關。按前3 個自由度布置的不同工作空間, 機器人可有直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型及擬人臂關節坐標型4 種不同結構。根據需要, 機器人本體的機座可安裝在移動機構上以增加機器人的工作空間。
機器人驅動系統大多采用直流伺服電機、步進電機和交流伺服電機等電力驅動, 也有的采用油缸液壓驅動和氣缸氣壓驅動, 借助齒輪、連桿、齒形帶、滾珠絲杠、諧波減速器、鋼絲繩等部件驅動各主動關節實現六自由度運動。機器人控制系統是機器人的大腦和心臟, 決定機器人性能水平。主要作用是控制機器人終端運動的離散點位和連續路徑。
在選用激光加工機器人時, 主要要考慮以下幾個性能參數:
1) 負載能力: 在保證機器人正常工作精度條件下, 機器人能夠承載的額定負荷重量。激光加工頭重量一般比較輕, 約10 ~ 50 kg , 選型時可用1 ~2 倍。
2) 精度: 機器人達到指定點的精確度, 它與驅動器的分辨率有關。一般機器人都具有0. 002 mm的精度, 足夠激光加工用。
3) 重復精度: 機器人多次到達一個固定點, 引起的重復誤差。根據用途不同, 機器人重復精度有很大不同: 0. 02~ 0. 6mm。激光切割精度要求高可選0. 01 mm, 激光熔覆精度要求低可選0. 1 ~0. 3 mm。
4) 最大運動范圍: 機器人在其工作區域內可以達到的最大距離。具體大小可以根據激光加工作業要求而定。
5) 自由度: 用于激光加工的機器人一般至少具有六自由度。
圖1是FANUC公司R-2000iB 系列6 軸機器人構成外形圖, 6 個關節均為旋轉關節, 6 個坐標軸對應6 個旋轉關節。
圖1 FANUC R-2000iB 系列6 軸機器人
圖2為FANUC公司R-2000iB 系列6 軸機器人的部分主要參數及其最大運動范圍。除此之外, 機器人還有其他一些指標, 在選型時也需要考慮。如: 手腕部( J4 軸, J5 軸, J6 軸) 允許最大扭矩; 手腕部( J4 軸, J5 軸, J6 軸) 允許最大慣量；最大動作速度( J1 軸, J2 軸, J3 軸, 4 軸, 5 軸, 6 軸) ;最大動作范圍( J1 軸, 2 軸, 3 軸, 4 軸, 5 軸, 6 軸) 等。
圖2 FANUC 機器人最大運動范圍
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