伺服电机驱动的单轨道多关节型机器人设计(3)
美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的BigDog军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。
机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的行业，如2004年德国制造业中每1万名工人中拥有机器人的数量为162台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有机器人的数量则为1140台;意大利的这一数值更能说明问题，2004年意大利制造业中每1万名工人中拥有辅助操作的机器人数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中机器人的拥有数量则高达1600台。
在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器人公司。如德国的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，2002年至2004年，世界机器人市场年增长率平均在10%左右，2005年达到创纪录的30%，2007年全球机器人实际安装量达到650万台，机器人安装量比2006年增加3%，达到了114365台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008年全球机器人行业总销售量比2006年增长25%。而无论在使用、生产还是出口方面，日本一直是全球领先者，目前日本已经有130余家专业的机器人制造商。
本文主要介绍了一种多关节型机器人在焊接领域的应用。该机器人机构设计比较灵巧，能实现大多数工况下的焊接任务，十分符合现在工业的需求。
2．机器人方案的确定
机器人本体机构主要由手腕、手臂和机身组成，机身安装在单导轨上。手腕的主要作用是改变手部的空间方向，手臂的主要作用是改变手部的空间位置，满足机器人的工作空间。手臂和手腕的配置决定了机器人手部的作业操作能力。通用机器人一般应具有优尔个自由度，该机器人添加了单导轨，整体具有优尔个自由度，能够充分地满足焊接需要。
2.1 设计要求
如前所述，该多关节机器人主要用于焊接应用，要求结构简单、动作灵活、结构紧凑、工作范围大，手腕应具有多种姿态，制造成本应低，安装方便，工作效率要高。要求采用伺服电机驱动，多关节型，最大工作负载为10kg，机器人直线自由度行程不小于2.2m，腰转关节回转角度不小于270度。