人机协作机器人关节模组介绍

人机协作机器人关节模组介绍

发表时间：2018-11-17T15:50:14.903Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：周晓晓

[导读] 摘要：新时期，随着我国经济发展层次的进一步有效性提升，我国的新兴行业均在实际的发展过程中取得了全新的突破式发展，并不断地致力于行业内部的发展模式创新，以及发展形式的改进。

广东省智能机器人研究院广东东莞 523000

摘要：新时期，随着我国经济发展层次的进一步有效性提升，我国的新兴行业均在实际的发展过程中取得了全新的突破式发展，并不断地致力于行业内部的发展模式创新，以及发展形式的改进。与此同时，由于机器人行业是我国智能化时代来临的重要标志之一，与之相关的产业发展速度呈现出持续性提升的态势，这对于社会的进步和发展而言十分关键。基于此，笔者在本文中着重围绕着当前的人机协作机器人关节模组情况展开了颇为详细的阐述和具体的介绍。

关键字：人机协作；机器人；关节模组；介绍

当前，中国已成为全球工业机器人最重要市场，除四大家族外，中国也诞生了众多工业机器人品牌，如广州数控、沈阳新松、安徽埃夫特等，分布在3C、打磨、锻压等多行业的生产制造过程中，代替人类从事一些重复度高、环境恶劣情景之下的工作。与此同时，对生产过程的持续性改进，也在极大程度上推动着机器人运用到更多的领域，如卫浴、手表打磨、电子制造、环境监测等。除此之外，工业机器人也从传统的多关节逐步向更轻量化、小型化、柔性和可快速定制等实现快速发展。近期，突破传统的多关节工业机器人，更多人开始关注人机协作机器人，人机协作机器人具备人机协作、部署灵活、操作简便等更多功能，实现与人直接互动，改变了传统的工作和生活方式。

传统工业机器人是面向工业领域的多关节机械手，每个关节上都有外挂的伺服电机，复杂的（谐波）减速机和制动抱闸机构，关节显得很臃肿肥大、不美观，对于用在汽车行业、锻压行业体积比较大的工业机器人而言，其能够产生的问题不大，但是，对于一些特殊的行业，如电子制造、医疗等高精行业，工业机器人就必须轻巧、灵活，进而才能够协助人类完成一些复杂的辅助生产操作，这样关节的尺寸就显得尤为重要。

为了更好地探究和分析现阶段的人机协作机器人的关节模组，必须针对人机协作式机器人的相关特征进行详细的分析和认识，要充分地了解其外形小、质量轻等特殊性，这对于人机协作式机器人的关节设计工作来说具有关键性的意义。此外，在设计过程中运用高度集成化的方式来进行，可以在一定意义上促进机器人本身的内部空间更加紧凑，不会产生浪费空间的情况，而且，整个人机协作式机器人的关节模组在运行过程中需要运用低压状态下的直流驱动器，从而实现其运行过程的科学性和合理性。此外，需要注意的是，人机协作机器人的关节模组在其选型操作、过程安装等环节中都因为速度较快、选型科学等优势成为了当前诸多用户的首要选择，这便直接促使了人机协作机器人的关节模组设计工作更加具体、科学。基于此，相应的用户能够在此基础上实现关节模组硬件平台的高速搭建，在这一过程当中直接使得人机协作机器人关节模组系统内部的电子机器器件的型号选取、模组设计，以及具体组装等工作更加高效、便捷、稳定。同时，还在极大程度上促进了相关供应链的管理工作更加专业化、实用化。

小型的机器臂，通常使用无框直流驱动（力矩）电机，以此来减小机器人关节的尺寸、减轻机器人重量，并提供其工作速度，而使用直接驱动电机，需要较高的技术实施难度和应用集成成本，成本的增高，这是很多中小企业所不能接受的。[1]同时，研制一种既能实现体积小、灵活度高，又能跟人共同合作而从事复杂工作的人机协作机器人就显得更加重要。打破传统的思维方式，开发出来专门针对小型机器人的机器人关节模组，体积跟一只拳头一般大小，左侧为电机端盖，右侧为电机轴输出，连接下一级机械臂，下方为模组的法兰底座，用于将其安装在上一级机械臂的端部。

图1关节模组六大组成模块

人机协作机器人关节模组结构组成如图1所示，它主要由谐波减速机、无框直流电机、制动器、输入编码器、输出编码器以及低压直流驱动器等六大模块组成。该六大模块紧密连接在一起，集成在一个关节模块中，并被设计封装成适合机器人关节运动的合理角度样式，可以直接在机器人本体上安装使用。这样，后续机器人设计和生产就变得很简单，无需再考虑复杂的关节连接干涉和动力集成问题，机器人生产就犹如拼积木一样，需要几个关节就安装几个，当然，这一切需要控制系统做支撑。在当前一个时期，我国的智能化发展速度非常迅速，这在极大程度上促进了机器人设计与生产行业的发展迎来了一个全新的局面。新时期，为了更好地适应工业化和自动化行业发展带来的大变革与大挑战，使得整个的机器人发展行业更加符合现有的趋势，相关的单位及其负责人必须充分地关注信息化行业的发展与变化，以及智能化发展带来的全新契机，从而严格地确保整个工业自动化行业的智能制造产业能够在新的历史时期实现更加稳定的发展。然而，若想在这一新的时代背景下，促进高科技产业更加适应智能化时代发展变化所带来的机遇与挑战，则需要在本企业的内部展开系统性的变革，从而使得企业发展过程中的产品种类能够不断更新、企业的发展模式可以不断创新，并且，相关的高科技企业还需要在实际的发展过程中积极调整现有的企业发展模式，寻找到具有良好信誉和卓越的市场竞争力的市场供应商，从而在充分运用本企业多年积累的生产与经营经验的基础之上，实现企业的智能化发展状态。此外，相关的机器人生产与研发企业在实际的经营过程中，也需要重点关注其关节模组的相关问题，从而及时地根据当前的变化来寻找到发展中存在的现实性问题，进而及时地根据问题来制定应对和处理的具体策略，进

而不断地满足当前市场上对于人机协作机器人这类产品的实际需求。并且，在发展的具体过程中，要着眼于相关技术的更新和产品性能的改进，充分利用当前的互联网发展技术和传感器技术来促进人机协作式机器人的关节模组的各项指标均可以符合互联网发展速度，以及智能化时代的发展需求。[2]

在机器人动力配置方面，由于每个关节模组内部都已经集成了一块低压直流驱动器，无需像传统工业机器人一样，为每个关节轴电机单独配备伺服驱动器，只需要使用集成总线通讯协议的机器人运动控制器即可。这样一来电气柜安装空间将变得非常小，设备系统结构变得更加紧凑。

电气连接方面，每个关节模组只有三根电源线和一根通讯线，可直接串联敷设在机械臂空腔内部，既美观、简洁，同时通过减少线缆数量来降低相应的机械臂的重量，从而不断提高工作效率。模组内部在输入端和输出端分别安装有一个编码器，通过比较两个编码器的位置和速度反馈，参照驱动电流和电机扭矩的输出，可以判断模组所在关节受到外界作用力，将数据信息反馈给控制器，从而实现对机器人的安全控制。[3]通过整合多个零散的机器人关节组件并将它们封装在一个集成模组中，能够在极大程度上简化机器人关节的动力集成，进而不断地降低工业机器人的开发和应用门槛，以此来促进我国人机协作机器人关节模组的各项工作和系统构成都具有科学性和实用性。

在了解了我国新时期的人机协作机器人关节模组的基本特征、系统构成、动力配置和电力连接等方面的问题之后，笔者也在整个探究与分析的过程中提出了几点个人的思考与建议，这对于我国人机协作机器人关节模组的未来设计而言具有非常重要的影响。[4]同时，在此基础上还需要针对我国人机协作机器人的关节模组情况与西方一些起步比较早的国家进行科学的比对，从而了解到各个国家的人机协作机器人行业的发展现状，并在实际过程中不断学习、不断改进，以此实现更加稳定和科学的发展。

参考文献

[1]吴健荣,王立权,王才东,王文明.机器人精度设计的方法研究[J].哈尔滨工程大学学报.2010(10)

[2]孙涛,邓小艳.工业机器人技术专业教学与生产实践对接[J].科技风.2018(18)

[3]程启良.智能码垛装车工业机器人控制系统的研究与应用[D].山东建筑大学.2017

[4]洪鹰,王乐.基于嵌入式计算机的机器人示教器研究[J].计算机工程与应用.2013(01)