直角坐標(biāo)機(jī)器人與關(guān)節(jié)機(jī)器人對(duì)比分析
摘要：本文主要介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人的特性，以及兩種機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)比。
關(guān)鍵字：直角坐標(biāo)機(jī)器人 關(guān)節(jié)機(jī)器人
前言：現(xiàn)今
工業(yè)機(jī)器人主要分兩大類——直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人，這兩類機(jī)器人均
適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)，比如，自動(dòng)裝配、噴漆、搬運(yùn)碼垛、焊接等工作。沈陽(yáng)萊機(jī)機(jī)電多年從事機(jī)器人事業(yè)，本文是結(jié)合沈陽(yáng)萊茵機(jī)電的經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)來(lái)主要介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人的特性，以及兩種機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)比。這些對(duì)比分析來(lái)自我們的經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)識(shí)，有其局限性，不充分，僅供朋友們參考。
一、直角坐標(biāo)機(jī)器人
1、概念：
基于空間XYZ直角坐標(biāo)系編程、有三軸及以上自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程反復(fù)應(yīng)用，適合不同任務(wù)的自動(dòng)化設(shè)備。
它能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，其含義也在不斷的完善中。
2、特點(diǎn)：
1）任意組合成各種樣式，形成兩軸到六軸不同結(jié)構(gòu)形式。
2） 超大行程：?jiǎn)胃疃嚅L(zhǎng)度是6米，但可以多根方便地級(jí)連成超大行程，例如50米長(zhǎng)。
3）負(fù)載能力強(qiáng)：通常是到200公斤，但當(dāng)采用多根多滑塊結(jié)構(gòu)時(shí)其負(fù)載能力可增加到數(shù)噸。
4）高動(dòng)態(tài)特性：輕負(fù)載時(shí)其最高運(yùn)行速度每秒8米，加速度每秒5米。
5）高精度：重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm～0.01mm。
6）擴(kuò)展能力強(qiáng)：可以方便改變結(jié)構(gòu)或通過(guò)編程來(lái)適合新的應(yīng)用。
7）簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)：編程簡(jiǎn)單類同數(shù)控銑床，易培訓(xùn)員工和維修，使其具有非常好的經(jīng)濟(jì)性。
8）壽命長(zhǎng)：直角坐標(biāo)機(jī)器人的壽命一般是10年以上，維護(hù)好可達(dá)40年。
9) 應(yīng)用范圍廣：可以方便地裝配多種形式和尺寸的手爪，可以勝任許多常見的工作，如焊接、切割，搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼和噴涂等任務(wù)。
圖1是一個(gè)典型的3D直角坐標(biāo)機(jī)器人，它由X軸,Y軸,Z軸及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。此外一個(gè)完整的機(jī)器人系統(tǒng)還需要控制系統(tǒng)和手抓。
二、關(guān)節(jié)機(jī)器人
1、概念：
也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，有很高的靈活度，通常5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。
2、特點(diǎn):
1) 有很高的自由度，靈活性， 從不同角度不同方位來(lái)工作。
2) 速度可達(dá)6米/秒，加速度10米/每秒；工作效率高，
3）經(jīng)常在網(wǎng)絡(luò)或電視里看到，較為世人所熟悉和接受。
4) 6軸機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車點(diǎn)焊，弧焊，裝配（擰螺絲），檢測(cè)類這些輕巧類工作。
5）人們開發(fā)了4軸搬運(yùn)碼垛類機(jī)器人。
三、特點(diǎn)及應(yīng)用分析對(duì)比
1、工作空間與承載能力：
1）直角坐標(biāo)型標(biāo)準(zhǔn)單根長(zhǎng)度6m，拼裝后可達(dá)到100m；組合成龍門式機(jī)器人，其工作空間可以是非常的三維立體空間。單根承載10~200kg,特殊結(jié)構(gòu)可達(dá)2400 Kg。
2）關(guān)節(jié)型最大工作半徑3m，在有效半徑內(nèi)可以任何角度工作。關(guān)節(jié)機(jī)器人工作半徑所在的園周內(nèi)要做安全隔離，所以通常占用更大的空間。不適合大距離空間工作，或放置到直線運(yùn)動(dòng)單元上。承載能力有幾種規(guī)格5~20Kg可選，但最大1300Kg，這時(shí)及其昂貴。
說(shuō)明：常見的關(guān)節(jié)型機(jī)器人的工作半徑越大、強(qiáng)度也要大，對(duì)于承載能力越強(qiáng)，但為保證其穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，造價(jià)會(huì)非常高。
直角坐標(biāo)型的龍門框架結(jié)構(gòu)，承載能力強(qiáng)，可無(wú)限擴(kuò)展，穩(wěn)定可靠，造價(jià)相對(duì)低很多。
2、工作精度
1）直角坐標(biāo)型：由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重復(fù)定位精度0.05mm，絲杠型可達(dá)0.01mm，甚至更高。
2）關(guān)節(jié)型：重復(fù)定位精度0.06mm,輕載荷小半徑0.02mm,重載荷精度0.2mm。
說(shuō)明：在通常情況下，兩種機(jī)器人均可滿足精度要求。其中絲杠型直角坐標(biāo)機(jī)器人更適合對(duì)精度要求更加苛刻的行業(yè)。
3、組合方式
1）直角坐標(biāo)型組合方式多樣，龍門式、懸臂式、壁掛式等，可根據(jù)不同的負(fù)載、行程、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求產(chǎn)品。同時(shí)，X、Y、Z三軸基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)軸和翻轉(zhuǎn)軸，構(gòu)成五自由度和六自由度機(jī)器人。
2）關(guān)節(jié)型可細(xì)分為6自由度機(jī)器人、Scara機(jī)器人、四連桿機(jī)器人，種類相對(duì)少，選擇性和靈活性較直角坐標(biāo)型小很多。
4、機(jī)械安裝及維護(hù)
1）直角坐標(biāo)型為模塊化產(chǎn)品，在工廠全部預(yù)連接運(yùn)行，然后拆裝出廠?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)螺栓簡(jiǎn)單拼裝，調(diào)水平即可電氣調(diào)試，用戶甚至可以自行完成機(jī)械安裝。龍門式框架為整個(gè)安裝空間，其工作空間也在框架范圍內(nèi)。
模塊化產(chǎn)品，用戶可以自行拆卸、更換或維護(hù)，所有機(jī)械零件均為通用品，維修維護(hù)費(fèi)用低。
2）關(guān)節(jié)型集成化程度高，整體性好，但需要專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)械安裝。安裝空間較直角坐標(biāo)型小，但是其工作空間是其整個(gè)工作半徑，工作區(qū)域需要做防護(hù)處理，故設(shè)備總占地面積不小于直角坐標(biāo)型。
由于機(jī)械化程度高及控制非常復(fù)雜，維修和維護(hù)必須由廠家或供應(yīng)商的專業(yè)人員完成（國(guó)外進(jìn)口品牌的維護(hù)費(fèi)用在300元/小時(shí)左右），用戶往往面臨兩個(gè)問(wèn)題高價(jià)維修或報(bào)廢處理。
5、軟件編程操控和維護(hù)
1）從電氣系統(tǒng)到上位機(jī)直角坐標(biāo)型都是開放、靈活的，適用任何品牌的PLC、CNC、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，甚至可以按用戶熟悉品牌選定。編程簡(jiǎn)單，用戶可以隨意擴(kuò)展，操控簡(jiǎn)單易操作。
完全的交鑰匙工程，簡(jiǎn)單程序問(wèn)題和硬件故障，客戶可以自行處理，例如更換驅(qū)動(dòng)電機(jī)、PLC等，維護(hù)費(fèi)用低。
2）關(guān)機(jī)型機(jī)器人：軟件系統(tǒng)集成化，庫(kù)函數(shù)直接調(diào)用，是其軟件優(yōu)點(diǎn)。但編程和操控必須由供應(yīng)商通過(guò)專業(yè)培訓(xùn)才能完成（廠家軟件編程費(fèi)用300元/小時(shí)），而且特殊軟件需要收費(fèi)。
維護(hù)和維修完全受制于人，由于品牌互相不兼容，硬件故障必須由供應(yīng)商或廠家直接提供，非市場(chǎng)通用產(chǎn)品，費(fèi)用高昂。
6、前期投入成本：不考慮后期維護(hù)維修費(fèi)用，以60Kg負(fù)載碼垛機(jī)器人為例
直角坐標(biāo)機(jī)器人：25~40萬(wàn)
關(guān)節(jié)機(jī)器人：60~80萬(wàn)
7、根據(jù)國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用案例，對(duì)不同行業(yè)的應(yīng)用情況對(duì)比如下：
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應(yīng)用場(chǎng)合
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直角坐標(biāo)機(jī)器人
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關(guān)節(jié)機(jī)器人
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焊接自動(dòng)線
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用的較少
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主要用于汽車焊接
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沖壓、焊接
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用的較少
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用的很多
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噴涂
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直線往復(fù)噴涂較多
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異性噴涂很多
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汽車裝配線
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比較普及
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用的很多
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小零件裝配線
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幾乎全部采用
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占空間大，安全措施要求高，幾乎不用
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各種檢測(cè)線
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幾乎全部采用
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占空間大，安全措施要求高，幾乎不用
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大型碼垛應(yīng)用
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主要采用
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較常見，但成本高，維護(hù)難
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車銑加工中心上下料
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幾乎全部采用
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成本高，幾乎很少
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沖壓自動(dòng)化線
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幾乎全部采用
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用的較少
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機(jī)構(gòu)疲勞試驗(yàn)
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幾乎全部采用
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幾乎不用
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太陽(yáng)能行業(yè)
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主要采用
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用的較少
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曲形管內(nèi)壁堆焊
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主要采用
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用的較少
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各種自動(dòng)化生產(chǎn)線
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主要采用
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用的較少
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包裝機(jī)、印刷機(jī)等
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主要采用
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用的較少
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