機械臂設計| 5種以上類型，包括重要功能

機械臂的優點 · 提高生產力。

· 這能夠有效利用資源和原材料。

· 這提供了工作的靈活性。

· 減少產品製造的周期時間。

· 由於缺陷而導致的產品拒收率降低。

· 極高的可重複性和 ... 跳到內容首頁科學機械臂設計|5種以上類型，包括重要功能機械臂設計圖片來源：可能有誤。

討論主題：機械臂設計及其工作原理什麼是機械臂？機械臂的類型機械臂設計機械臂設計是什麼意思？機械臂控制末端執行器選擇機械臂的優缺點機械臂的顯著應用什麼是機械臂？機械臂是一種由連桿組成的機構，這些連桿通過合適的接頭相互連接，以實現預期工作所需的自由度和空間運動。

機器人操縱器通常可以針對特定任務進行編程。

由於其與人手的功能相似，它也被稱為擬人化的。

機械臂設計：典型的機械臂考慮一個製造業，其中人類使用工具但自己執行製造產品的端到端任務。

現在，機械臂可以自行執行從金屬切割、金屬連接、取放和組件組裝到產品標籤、噴漆等許多操作，無需人工干預。

使用電動機和電子設備（例如微控制器）來驅動機械連桿和關節，使機械手能夠自給自足，機械臂設計的重要組成部分.機械臂以最小的誤差再現結果的能力提高了效率和操作速度，因此理想的機械臂設計減少了產品週期時間和成本。

如果沒有人為乾預，受傷的風險也將大大降低，從而更容易處理危險材料。

機械臂的類型笛卡爾機器人/龍門機器人：在笛卡爾坐標系中定義空間運動和位置，其手臂由三個棱柱關節組成。

該機器人的用途包括拾取和放置工作，機械工具的處理，執行電弧焊，施加密封劑以及執行組裝操作。

圓柱機器人:該機器人的軸設置在圓柱坐標系中。

它用於搬運壓鑄機、搬運機床、進行裝配操作和點焊。

球形機器人/極地機器人：其軸形成極坐標系，並且用於氣焊，電弧焊和點焊操作，壓鑄機構壓鑄和操作機床。

SCARA機器人:這意味著選擇性合規性裝配機械臂，這對於小型機器人裝配操作特別有用。

顧名思義，它可以在一個平面上提供兩個平行的旋轉接頭，並且在第三方向上是剛性的。

它用於處理機床，施加密封膠，組裝操作以及拾取和放置工作。

鉸接式機器人:這個機器人的手臂至少有三個旋轉關節。

機械臂設計的用途包括氣體和電弧焊、噴漆、修整機、壓鑄和裝配操作。

並聯機器人:具有並發的棱柱形或旋轉關節的機器人。

著名的例子是StewartPlatform和Delta機器人。

這種類型的機器人用於座艙飛行模擬器和光纖對準中。

擬人機器人：一種機器人設計，類似於具有獨立手指的人的手。

機械臂設計是什麼意思?機械設計機械手臂受人的手啟發，機械臂設計的機械方面由數個聯動裝置構成，可以將其視為運動鏈。

連桿通過接頭連接，這些接頭為機械裝置提供了必要的旋轉和平移能力。

與環境互動的機械手臂設計部分通常是最後一個環節，它被稱為末端執行器或末端工具（EOAT）。

這是將手放在人的手臂上的位置。

自由程度在機械手臂設計中，機器人的自由度（DoF）是使用剛體的自由總數減去對其運動的約束次數來確定的。

這些運動限制通常來自關節。

例如，旋轉關節和棱柱形關節在它們所連接的兩個物體之間都提供了單一的自由度。

萬向節提供兩個相對DoF，球形接頭提供三個相對DoF。

機械臂設計：自由度圖片來源：https://www.convict.lu/Jeunes/5%20DOF%20Robot-arm-Dateien/5_DOF.gif在串行和並行機械手系統的機械臂設計中，末端執行器的定位具有五個自由度，包括三個平移自由度和兩個用於定向的自由度。

因此可以在致動器位置和操縱器配置之間獲得直接關係。

Grubler的公式被反復用於確定機械臂的自由度，該機械臂考慮到關節自主控制的約束條件。

自由度是機械臂的描述。

例如，在串行機器人的情況下，該數字通常表示手臂中的單軸旋轉關節的數量，其中較大的數字表示對齊工具時靈活性提高，因此這是機器人手臂設計的重要參數。

機器人工作區機器人工作空間（也稱為可到達空間）由末端執行器可以到達的所有點的集合定義。

工作空間取決於許多變量：鏈接長度，旋轉和平移極限，機構的整體配置等。

下圖描述了串行機械臂設計的工作空間。

它是4自由度機械臂的典型工作空間。

手腕旋轉提供的自由度（DoF）不包括在內，因為機器人的工作空間不取決於其方向。

以這種方式創建的工作空間定義了機器人的工作空間，可以通過更改連桿長度和機構的允許自由度來更改該工作空間。

機械設計可以限制為6自由度，因為它允許所有必要的移動。

這可以幫助檢查機器人的成本和復雜性。

下面給出了各種類型的機械臂的典型工作空間表示：電子設計機械手臂伺服電機控制根據輸入電源的不同，伺服系統可以是AD或DC（電池驅動）電動機。

通常，伺服電機可提供高扭矩與慣性比，這是通過內置齒輪系統實現的。

反饋控制迴路可實現非常高的精度。

小型且緊湊的直流伺服電機在玩具，教育機器人應用和RC飛機中非常受歡迎。

大多數伺服電機的旋轉極限約為90到180度。

但是，某些電動機可以提供更高的角運動。

能夠為空間定向提供極高水平的精度的能力使伺服電機成為機器人手臂和腿，齒條和小齒輪轉向以及傳感器掃描儀的理想選擇。

由於這些伺服器是完全獨立的，因此很容易實現速度和角度控制環。

伺服接線：通常，伺服電動機具有三根導線：接地通過黑色或棕色標識。

電源通過紅色標識。

信號線通過黃色，橙色或白色（3-5V）識別。

伺服電壓（紅線和黑/棕線）：伺服電機的工作電壓通常在4.8V至6V之間變化。

一些微型伺服電機在較低的電壓下運行，也有一些Hitec伺服電機在較高的額定電壓下運行。

信號線（黃色/橙色/白色線）：通過黑線和紅線為伺服電機供電時，通過信號線提供操作伺服的命令。

通常，特定波長（〜50Hz）的邏輯方波被發送到伺服器，當波長直接映射到伺服角時，它會定向到特定角度。

例如，對於ArduinoMega，它從PC接收i/ps以生成方波，然後方波控制伺服電機的角度方向。

微控制器（Arduino的基本概念）伺服電機利用微控制器來控制其精度和角度位置。

Arduino（單板微控制器）就是這樣一個例子，可以根據應用進行編程。

它用於AtmelAVR處理器，其板載I/O結構通過USB連接供電。

機械臂控制機械臂可以具有手動控製或自主能力。

在手動模式下，由受過訓練的操作員（程序員）來教機器人執行其任務，該操作員使用便攜式控制設備（示教器）來實現物鏡。

這是一個相對較慢的過程。

典型的機械臂具有多級控制設置，包括微控制器，驅動器和基於計算機的用戶界面。

反向運動學的概念用於在編程和控制方法中提供靈活性。

也可以通過手動模式來實現。

典型的微控制器具有相關的開發/編程板。

逆運動學正向運動學的基本概念是在已知機器人手臂的關節角度和連桿長度時確定末端執行器的方向和位置。

當端部執行器的所需位置已知時，在反向運動學中會發生相反的情況，目的是找出關節角度以達到目的。

例如，考慮平面2DoF機械臂的表示，如上所示。

為了將末端執行器定位在笛卡爾空間中的已知位置，末端執行器的坐標將成為相對於作為原點的基準的輸入變量x和y。

末端執行器選擇機器人可用於多種應用。

必須選擇末端執行器以實現上述目的。

它既可以是旨在抓取和放置操作到指定位置的手形抓手，如下所示，也可以是用於固定電極的焊接界面。

該機械手可以具有用於噴漆的噴槍接口或用於模擬器的平台，從而使其成為複雜的機構並且是機械臂的最關鍵部分。

末端執行器可以基於氣動，電動或液壓。

伺服電機通常控制末端執行器。

機械臂的優缺點機械臂的優點提高生產力。

這能夠有效利用資源和原材料。

這提供了工作的靈活性。

減少產品製造的周期時間。

由於缺陷而導致的產品拒收率降低。

極高的可重複性和精度，從而最大程度地減少錯誤並提高性能。

降低生命危險，更安全地處理危險材料。

機械臂的缺點負責勞工失業。

高昂的設備和設備安裝成本。

與人手相比，靈活性和功能性受到設計的限制，後者可以執行多任務。

為高精度任務編程是一個挑戰。

傳感器安裝的廣泛要求是反饋以執行精密工作。

與人工智能和機器視覺相關的挑戰。

故障後維護和生產線延遲。

機械臂的顯著應用機器人手臂在從食品包裝到汽車製造到航天應用等行業中都發揮著至關重要的作用，因此它們在很大程度上影響著我們的生活。

下面列出了一些值得注意的示例：在太空中，國際空間站（ISS）與 加拿大臂 及其後繼者 Canadarm2，它們都是多自由度機械臂。

被正式認可為航天飛機遠程操縱器系統（SRMS）的Canadarm1被用於在航天飛機軌道器上進行部署，操縱和運載有效載荷。

它還裝有軌道飛行器動臂傳感器系統（OBSS），以評估對熱保護系統的損壞。

Canadarm-2在國際空間站的組裝和維護中起著至關重要的作用，並支持宇航員對飛船和太空行走的對接。

 好奇心 流浪者，它降落在火星上，並用機械手撿起並放置了儀器，並從地形上收集了樣本。

另一個名為InSight的火星著陸器擁有一個稱為儀器部署臂（IDA）的機械臂，該臂長約1.8m，帶有肩肘和腕關節，可以執行諸如將熱流探頭部署到地形深處的功能。

它還具有五指抓斗，並可以安裝相機。

NASA的任務是使用OSIRIS-Rex航天器研究小行星並採集樣品，它利用TAGSAM機械臂收集樣品。

為了人類安全和協助武裝部隊，我們製造了獨特的機械臂。

機械臂設計可以使其動作與遠處的操作員同步。

FDA批准的達芬奇手術系統由三到四個交互式機械臂組成，這些機械臂以微創方法提供手術幫助。

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