直角坐标机器人与关节机器人对比分析

一、直角坐标机器人

　　1、概念：

　　基于空间XYZ直角坐标系编程、有三轴及以上自由度，能够实现自动控制、可重复编程反复应用，适合不同任务的自动化设备。

　　它能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。

　　2、特点：

　　1）任意组合成各种样式，形成两轴到六轴不同结构形式。
　　2） 超大行程：单根最多长度是6米，但可以多根方便地级连成超大行程，例如50米长。
　　3）负载能力强：通常是到200公斤，但当采用多根多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。
　　4）高动态特性：轻负载时其最高运行速度每秒8米，加速度每秒5米。
　　5）高精度：重复定位精度可达到0.05mm～0.01mm。
　　6）扩展能力强：可以方便改变结构或通过编程来适合新的应用。
　　7）简单经济：编程简单类同数控铣床，易培训员工和维修，使其具有非常好的经济性。
　　8）寿命长：直角坐标机器人的寿命一般是10年以上，维护好可达40年。
　　9) 应用范围广：可以方便地装配多种形式和尺寸的手爪，可以胜任许多常见的工作，如焊接、切割，搬运、上下料、包装、码垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。

　　图1是一个典型的3D直角坐标机器人，它由X轴,Y轴,Z轴及驱动电机组成。此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓。

二、关节机器人

　　1、概念：

　　也称关节手臂机器人或关节机械手臂，有很高的灵活度，通常5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。

　　2、特点:

　　1) 有很高的自由度，灵活性， 从不同角度不同方位来工作。
　　2) 速度可达6米/秒，加速度10米/每秒；工作效率高，
　　3）经常在网络或电视里看到，较为世人所熟悉和接受。
　　4) 6轴机器人主要应用于汽车点焊，弧焊，装配（拧螺丝），检测类这些轻巧类工作。
　　5）人们开发了4轴搬运码垛类机器人。

三、特点及应用分析对比

　　1、工作空间与承载能力：

　　1）直角坐标型标准单根长度6m，拼装后可达到100m；组合成龙门式机器人，其工作空间可以是非常的三维立体空间。单根承载10~200kg,特殊结构可达2400 Kg。

　　2）关节型最大工作半径3m，在有效半径内可以任何角度工作。关节机器人工作半径所在的园周内要做安全隔离，所以通常占用更大的空间。不适合大距离空间工作，或放置到直线运动单元上。承载能力有几种规格5~20Kg可选，但最大1300Kg，这时及其昂贵。
说明：常见的关节型机器人的工作半径越大、强度也要大，对于承载能力越强，但为保证其稳定的机械结构，造价会非常高。

直角坐标型的龙门框架结构，承载能力强，可无限扩展，稳定可靠，造价相对低很多。

　　2、工作精度

　　1）直角坐标型：由于结构简单，重复定位精度0.05mm，丝杠型可达0.01mm，甚至更高。

　　2）关节型：重复定位精度0.06mm,轻载荷小半径0.02mm,重载荷精度0.2mm。

说明：在通常情况下，两种机器人均可满足精度要求。其中丝杠型直角坐标机器人更适合对精度要求更加苛刻的行业。

　　3、组合方式

　　1）直角坐标型组合方式多样，龙门式、悬臂式、壁挂式等，可根据不同的负载、行程、功能及特殊空间要求，为客户订制所需求产品。同时，X、Y、Z三轴基础上可以扩展旋转轴和翻转轴，构成五自由度和六自由度机器人。

　　2）关节型可细分为6自由度机器人、Scara机器人、四连杆机器人，种类相对少，选择性和灵活性较直角坐标型小很多。

　　4、机械安装及维护

　　1）直角坐标型为模块化产品，在工厂全部预连接运行，然后拆装出厂。现场通过螺栓简单拼装，调水平即可电气调试，用户甚至可以自行完成机械安装。龙门式框架为整个安装空间，其工作空间也在框架范围内。

　　模块化产品，用户可以自行拆卸、更换或维护，所有机械零件均为通用品，维修维护费用低。

2）关节型集成化程度高，整体性好，但需要专业人员进行机械安装。安装空间较直角坐标型小，但是其工作空间是其整个工作半径，工作区域需要做防护处理，故设备总占地面积不小于直角坐标型。

由于机械化程度高及控制非常复杂，维修和维护必须由厂家或供应商的专业人员完成（国外进口品牌的维护费用在300元/小时左右），用户往往面临两个问题高价维修或报废处理。

　　5、软件编程操控和维护

　　1）从电气系统到上位机直角坐标型都是开放、灵活的，适用任何品牌的PLC、CNC、伺服驱动系统，甚至可以按用户熟悉品牌选定。编程简单，用户可以随意扩展，操控简单易操作。

完全的交钥匙工程，简单程序问题和硬件故障，客户可以自行处理，例如更换驱动电机、PLC等，维护费用低。

　　2）关机型机器人：软件系统集成化，库函数直接调用，是其软件优点。但编程和操控必须由供应商通过专业培训才能完成（厂家软件编程费用300元/小时），而且特殊软件需要收费。

维护和维修完全受制于人，由于品牌互相不兼容，硬件故障必须由供应商或厂家直接提供，非市场通用产品，费用高昂。

6、前期投入成本：不考虑后期维护维修费用，以60Kg负载码垛机器人为例

　　直角坐标机器人：25~40万
　　关节机器人：60~80万

　　7、根据国内外的应用案例，对不同行业的应用情况对比如下：