1.承载能力
承载能力(Payload)是指机器人在作业空间内所能承受的最大负载,其含义与机器人类别有关,一般以质量、力、转矩等技术参数表示。例如,搬运、装配、包装类机器人指的是机器人能够抓取的物品质量;切削加工类机器人是指机器人加工时所能够承受的切削力;焊接、切割加工的机器人则指机器人所能安装的末端执行器质量等。
机器人的实际承载能力与机械传动系统结构、驱动电机功率、运动速度和加速度、末端执行器的结构与形状等诸多因素有关。对于搬运、装配、包装类机器人,产品样本和说明书中所提供的承载能力,一般是指不考虑末端执行器的结构和形状,假设负载重心位于参考点(手腕基准点)时,机器人高速运动可抓取的物品重量。当负载重心位于其他位置时,则需要以允许转矩(Allowable Moment)或图表形式,来表示重心在不同位置时的承载能力。
例如,承载能力为6 kg的ABB公司IRB140和安川公司MH6工业机器人,其承载能力随负载重心位置变化的规律如图2-32所示,其他公司的产品情况类似。
图2-32 重心位置变化时的承载能力
(a)IRB140;(b)MH6
2.运动速度(www.daowen.com)
运动速度决定了机器人的工作效率,它是反映机器人水平的重要参数。样本和说明书中所提供的运动速度,一般是指机器人在空载、稳态运动时所能够达到的最大运动速度(Maximum Speed)。
机器人运动速度用参考点在单位时间内能够移动的距离(mm/s)、转过的角度或弧度((°)/s或rad/s)表示,它按运动轴分别进行标注。当机器人进行多轴同时运动时,其空间运动速度应是所有参与运动轴的速度合成。
机器人的实际运动速度与机器人的结构刚性、运动部件的质量和惯量、驱动电机的功率、实际负载的大小等因素有关。对于多关节串联结构的机器人,越靠近末端执行器的运动轴,运动部件的质量、惯量就越小,因此,能够达到的运动速度就越快、加速度也越大;同样,越靠近安装基座的运动轴,对结构部件的刚性要求就越高,运动部件的质量、惯量就越大,能够达到的运动速度就越低、加速度也越小。
此外,机器人实际工作速度还受加速度的影响,特别在运动距离较短时,由于加减速的影响,机器人实际上可能达不到样本和说明书中的运动速度。
3.定位精度
机器人的定位精度是指机器人定位时,执行器实际到达的位置和目标位置间的误差值,它是衡量机器人作业性能的重要技术指标。机器人样本和说明书中所提供的定位精度一般是各坐标轴的重复定位精度RP(Repeat Positioning),在部分产品上,有时还提供了轨迹重复精度PR(Path Repeatability)。
由于绝大多数机器人的定位需要通过关节的旋转和摆动实现,其空间位置的控制和检测,远远比以直线运动为主的数控机床困难得多,因此,机器人的位置测量方法和精度计算标准都与数控机床不同。目前,工业机器人的位置精度检测和计算标准一般采用ISO 9283—1998《Manipulating industrial robots-Performance criteria and related test methods(操作型工业机器人性能标准和测试方法)》或JISB8432(日本)等;而数控机床则普遍使用ISO 230-2、VDI/DGQ 3441(德国)、JIS B6336(日本)、NMTBA(美国)或GB/T 10931(国标)等,两者的测量要求和精度计算方法都不相同,数控机床的标准要求高于机器人。
机器人的定位需要通过运动学模型来确定末端执行器的位置,其理论位置和实际位置之间本身就存在误差,加上结构刚性、传动部件间隙、位置控制和检测等多方面的原因,其定位精度与数控机床、三坐标测量机等精密加工、检测设备相比,还存在较大的差距,因此,它一般只能用作零件搬运、装卸、码垛、装配的生产辅助设备,或是用于位置精度要求不高的焊接、切割、打磨、抛光等粗加工。
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