1.4　工业机器人主要技术参数

选用什么样的工业机器人，首先要了解机器人的主要技术参数，然后根据生产和工艺的实际要求，通过机器人的技术参数来选择机器人的机械结构、坐标形式和传动装置等。

机器人的技术参数反映了机器人的适用范围和工作性能，主要包括：自由度、额定负载、工作空间、工作精度；其他参数还有：工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、本体重量、环境参数等。

（1）自由度

自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。

空间直角坐标系又称笛卡儿直角坐标系，它是以空间一点O为原点，建立三条两两相互垂直的数轴，即x轴、y轴和z轴。机器人系统中常用的坐标系为右手坐标系，即三个轴的正方向符合右手规则：右手大拇指指向z轴正方向，食指指向x轴正方向，中指指向y轴正方向，如图1-10所示。

在三维空间中描述一个物体的位姿（即位置和姿态）需要6个自由度，如图1-11所示：

　沿空间直角坐标系o-xyz的x、y、z三个轴平移运动T_x、T_y、T_z；

　绕空间直角坐标系o-xyz的x、y、z三个轴旋转运动R_x、R_y、R_z。

机器人的自由度是指工业机器人相对坐标系能够进行独立运动的数目，不包括末端执行器的动作，如焊接、喷涂等。通常，垂直多关节机器人以6自由度为主，SCARA机器人是4自由度，如图1-12所示。

机器人的自由度反映机器人动作的灵活性，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越好；但是自由度越多，结构就越复杂，对机器人的整体要求就越高。因此，工业机器人的自由度是根据其用途设计的。

采用空间开链连杆机构的机器人，因每个关节运动副仅有一个自由度，所以机器人的自由度数就等于它的关节数。

（2）额定负载

额定负载也称有效负荷，是指正常作业条件下，工业机器人在规定性能范围内，手腕末端所能承受的最大载荷。

目前使用的工业机器人负载范围较大：0.5～2300kg，见表1-1。

工业机器人的额定负载通常用载荷图表示，如图1-13所示。

在图1-13中，纵轴z表示负载重心与连接法兰中心的纵向距离；横轴x、y表示负载重心在连接法兰所处平面上的投影与连接法兰中心的距离。图示中物件重心落在2kg载荷线上，表示此时物件重量不能超过2kg。

（3）工作空间

工作空间又称工作范围、工作行程，是指工业机器人作业时，手腕参考中心（即手腕旋转中心）所能到达的空间区域，不包括手部本身所能达到的区域。常用图形表示，如图1-14所示。P点为手腕参考中心，ROKAE XB4机器人工作空间为596mm。

工作空间的形状和大小反映了机器人工作能力的大小，它不仅与机器人各连杆的尺寸有关，还与机器人的总体结构有关，工业机器人在作业时可能会因存在手部不能到达的作业死区而不能完成规定任务。

由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作范围一般是指不安装末端执行器时，可以达到的区域。

注意：在装上末端执行器后，需要同时保证工具姿态，实际的可达空间会和生产商给出的有差距，因此需要通过比例作图或模型核算，来判断是否满足实际需求。

（4）工作精度

工业机器人的工作精度包括定位精度和重复定位精度。

定位精度又称绝对精度，是指机器人的末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差距。

重复定位精度简称重复精度，是指在相同的运动位置命令下，机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的能力，以实际位置值的分散程度来表示。

实际上机器人重复执行某位置给定指令时，它每次走过的距离并不相同，都是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，变化的幅值代表重复精度，如图1-15和图1-16所示。机器人具有绝对精度低、重复精度高的特点。