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什么是笛卡爾機(jī)器人--傳說(shuō)中的直角坐標(biāo)機(jī)器人
發(fā)布日期：2022/5/30 訪問(wèn)次數(shù)：2628 來(lái)源：未知 作者：網(wǎng)站管理員
什么是笛卡爾機(jī)器人？
笛卡爾機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)：
笛卡爾機(jī)器人由多個(gè)線性致動(dòng)器組成，這些致動(dòng)器配置為配置尖端的最終運(yùn)動(dòng)沿著與每個(gè)致動(dòng)器對(duì)齊的3個(gè)相互正交的軸移動(dòng)。笛卡爾機(jī)器人是2軸或3軸機(jī)器。它們還可以與旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合使用，形成更復(fù)雜的系統(tǒng)。笛卡爾機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)器人的位置可以很容易地進(jìn)行編程，而無(wú)需像鉸接式機(jī)器人手臂甚至SCARA機(jī)器人那樣進(jìn)行廣泛的幾何計(jì)算或三角計(jì)算。笛卡爾機(jī)器人的例子如下：
Isel 中國(guó)提供各種配置的笛卡爾機(jī)器人。
笛卡爾機(jī)器人的另一個(gè)好處是機(jī)器人的工作范圍或范圍定義明確，可以很容易地可視化。如果機(jī)器人應(yīng)用需要安全防護(hù)，這將非常有用。笛卡爾機(jī)器人的另一個(gè)重要好處是工作區(qū)域是開(kāi)放的，零件可以很容易地從3個(gè)側(cè)面放置在工作區(qū)域中，包括“前部”，其中操作員被撞擊的風(fēng)險(xiǎn)最小化。值得指出的是，鉸接式或SCARA機(jī)器人具有球形或圓柱形的工作包絡(luò)，需要更難制造的防護(hù)圍欄。如果將簡(jiǎn)單的矩形框架與SCARA或關(guān)節(jié)臂機(jī)器人一起使用，則防護(hù)包絡(luò)將比工作包絡(luò)大得多，并且可能更難以將工件加載到機(jī)器人工作包絡(luò)中。
笛卡爾坐標(biāo)以法國(guó)數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾（René Descartes，1596-1650 年）的名字命名，他引入了坐標(biāo)系來(lái)展示代數(shù)如何用于解決幾何問(wèn)題。這就是為什么術(shù)語(yǔ)“笛卡爾”通常大寫的原因。
笛卡爾機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)
笛卡爾龍門機(jī)器人克服了這一限制。龍門機(jī)器人還沿著相互正交的軸移動(dòng)各個(gè)執(zhí)行器。主要的設(shè)計(jì)區(qū)別在于“GANTRY”機(jī)器人在底部軸上具有2個(gè)平行軸或支撐，從而消除了底部軸上的懸臂設(shè)計(jì)和扭矩。有效載荷和伸展極限現(xiàn)在可以在設(shè)計(jì)中輕松擴(kuò)展，而無(wú)需使用超大尺寸的線性致動(dòng)器。笛卡爾龍門機(jī)器人的一些例子是：
左側(cè)的笛卡爾龍門機(jī)器人由2個(gè)獨(dú)立但電氣連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這些電機(jī)經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)或同步以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。右邊的例子在底部軸的中心有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但它的導(dǎo)軌分開(kāi)以提供運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，這種導(dǎo)軌的分離消除了貨架，并在龍門架的兩端為Z軸上的負(fù)載提供了支撐。這種對(duì)稱支撐分擔(dān)負(fù)載，并將懸臂機(jī)器人的扭矩負(fù)載轉(zhuǎn)換為基軸支撐軸承上的直接垂直負(fù)載。值得注意的是，單個(gè)導(dǎo)軌上幾乎所有的直線軸承在支撐直接垂直載荷方面都非常出色，但在支撐扭矩載荷方面卻受到限制。這就是為什么重型線性執(zhí)行器具有2個(gè)平行導(dǎo)軌和4個(gè)線性軸承的原因 - 這種配置需要扭矩載荷并將其轉(zhuǎn)換為直線軸承上的一對(duì)或相等且相反的垂直載荷。
Isel USA提供6種不同尺寸的平板式笛卡爾龍門機(jī)器人和許多其他配置，以解決各種設(shè)計(jì)考慮因素。
笛卡爾龍門機(jī)器人的好處是，開(kāi)放式懸臂配置被在其行程兩端支撐的軸所取代。這意味著有效載荷和“龍門”軸行程都可以顯著增加，而無(wú)需更堅(jiān)固，更昂貴的直線軸承和執(zhí)行器。龍門架設(shè)計(jì)的權(quán)衡是開(kāi)放式機(jī)器人工作區(qū)現(xiàn)在不太容易進(jìn)入。工件仍然可以相對(duì)容易地從左側(cè)或右側(cè)加載到機(jī)器人的工作范圍內(nèi)，但從前面加載將需要機(jī)器人移動(dòng)到側(cè)面。平行軸也占據(jù)了機(jī)器人工作范圍的一部分。還要注意的是，增加機(jī)器人范圍和有效載荷的好處是以在底部軸上增加一個(gè)額外的執(zhí)行器以及需要一個(gè)可以處理并行執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于較小的龍門結(jié)構(gòu)，例如上面顯示的結(jié)構(gòu)，可以在工件的中心有一個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在龍門架的兩端有導(dǎo)軌來(lái)支撐龍門架并防止其貨架。
并行執(zhí)行器有時(shí)稱為主/從配置。在某些情況下，平行軸與機(jī)械連桿或齒輪或皮帶連接。這通常是在平行致動(dòng)器彼此靠近的情況下完成的。如果平行軸相隔很遠(yuǎn)的距離，其中機(jī)械連桿可能會(huì)引入2個(gè)軸的間隙或貨架，則兩個(gè)軸都由同步的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此它們都以相同的速度同時(shí)移動(dòng)相同的距離。一個(gè)軸成為“主軸”，另一個(gè)軸非常緊密地跟隨主軸，稱為從軸。
笛卡爾龍門機(jī)器人的工作包絡(luò)線在笛卡爾機(jī)器人情況下得到了很好的定義。在這兩種情況下，創(chuàng)建安全外殼成為制作合適尺寸的盒子的相對(duì)容易的任務(wù)。
Isel 中國(guó)提供各種笛卡爾龍門機(jī)器人，笛卡爾機(jī)器人和皮帶傳動(dòng)龍門機(jī)器人。
笛卡爾機(jī)器人與SCARA和算術(shù)手臂機(jī)器人的
比較 像大多數(shù)設(shè)計(jì)決策一樣，總是存在權(quán)衡。在這種情況下，龍門機(jī)器人具有傳統(tǒng)格式機(jī)器人顯著的有效載荷和分辨率優(yōu)勢(shì)。SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人確實(shí)具有速度優(yōu)勢(shì)。
龍門機(jī)器人和笛卡爾式機(jī)器人都可以制成具有非常大的工作范圍，因?yàn)橹灰锌捎玫木€性致動(dòng)器，就可以制作基軸。SCARA機(jī)器人被限制在幾英尺的范圍內(nèi)，而關(guān)節(jié)臂機(jī)器人通常被物理限制在大約10英尺半徑。
當(dāng)速度是一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素時(shí)，SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人在給定的分辨率下具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榈都庖缘扔诒坶L(zhǎng)乘以接頭角速度的速度移動(dòng) - 所得產(chǎn)品可能是實(shí)質(zhì)性的。笛卡爾式機(jī)器人總是在速度與分辨率之間做出權(quán)衡—— 分辨率越精細(xì)，得到的速度就越慢。分辨率一般基于機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)——滾珠絲杠、齒條小齒輪、直線電機(jī)或皮帶傳動(dòng)。
所有設(shè)計(jì)之間的可重復(fù)性非常均勻，但在很大程度上取決于所使用的技術(shù)。在笛卡爾機(jī)器人的情況下，滾珠絲杠通常比齒條和小齒輪具有更高的可重復(fù)性，并且在滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人中，帶有防背隙滾珠螺母的研磨螺釘通常比帶有標(biāo)準(zhǔn)滾珠螺母的軋制滾珠絲杠更準(zhǔn)確和可重復(fù)。在SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人中，擺線驅(qū)動(dòng)器和諧波驅(qū)動(dòng)器往往比行星齒輪箱更精確。雖然行星齒輪箱和擺線齒輪箱往往具有更高的扭矩容量。
專為協(xié)同
工作而設(shè)計(jì)的免費(fèi)技術(shù) 關(guān)節(jié)臂機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人在裝載/卸載應(yīng)用中特別有用。由于大多數(shù)COBOT型機(jī)器人上都有手臂和旋轉(zhuǎn)底座上的擴(kuò)展，因此它們可以輕松裝載和卸載CNC機(jī)器或笛卡爾龍門機(jī)器人式路由器和點(diǎn)膠機(jī)。在這些類型的應(yīng)用程序中，這兩種樣式實(shí)際上非常互補(bǔ)。笛卡爾機(jī)器人具有負(fù)載能力和剛性，可以執(zhí)行加工或點(diǎn)膠甚至焊接或檢查等功能。關(guān)節(jié)臂協(xié)作式機(jī)器人特別適合“伸手”將零件裝載和卸載到笛卡爾機(jī)器人中。協(xié)作機(jī)器之間的通信將單獨(dú)
討論 選擇笛卡爾機(jī)器人
選擇笛卡爾機(jī)器人 首先涉及選擇哪些參數(shù)是最重要的。通常，首先要考慮的是工作包絡(luò)。這決定了系統(tǒng)的整體尺寸，并由正在加工的零件的尺寸固定。
下一個(gè)考慮因素是所需的速度以及運(yùn)動(dòng)的分辨率。速度和分辨率之間的權(quán)衡意味著分辨率越精細(xì)，產(chǎn)生的速度就越慢。這通常指定了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)。
要考慮的最后一個(gè)要點(diǎn)是正在移動(dòng)的有效載荷的大小和重量。如前所述，笛卡爾機(jī)器人由線性致動(dòng)器構(gòu)成。有效載荷的大小和行程的大小將指定致動(dòng)器的大小和功能。更大的行程和更大的有效載荷需要更重的軸承。限制因素通常是產(chǎn)生的力矩載荷 - 而不僅僅是有效載荷的重量。在指定笛卡爾機(jī)器人時(shí)，有效載荷的偏移距離通常比重量本身更重要，例如，對(duì)于大多數(shù)線性執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，10磅的有效載荷并不是很大，但是如果它從軸向懸垂20“的距離，則執(zhí)行器上施加200 in.lbs的扭矩。該扭矩可能很大，也可能不大，具體取決于模組規(guī)格。
笛卡爾機(jī)器人由多個(gè)線性致動(dòng)器組成，這些致動(dòng)器配置為配置尖端的最終運(yùn)動(dòng)沿著與每個(gè)致動(dòng)器對(duì)齊的3個(gè)相互正交的軸移動(dòng)。笛卡爾機(jī)器人是2軸或3軸機(jī)器。它們還可以與旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合使用，形成更復(fù)雜的系統(tǒng)。笛卡爾機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)器人的位置可以很容易地進(jìn)行編程，而無(wú)需像鉸接式機(jī)器人手臂甚至SCARA機(jī)器人那樣進(jìn)行廣泛的幾何計(jì)算或三角計(jì)算。笛卡爾機(jī)器人的例子如下：
懸臂笛卡爾機(jī)器人的例子
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| XYZ笛卡爾機(jī)器人 | XY笛卡爾機(jī)器人 | XYZ笛卡爾機(jī)器人 |
Isel 中國(guó)提供各種配置的笛卡爾機(jī)器人。
笛卡爾機(jī)器人的另一個(gè)好處是機(jī)器人的工作范圍或范圍定義明確，可以很容易地可視化。如果機(jī)器人應(yīng)用需要安全防護(hù)，這將非常有用。笛卡爾機(jī)器人的另一個(gè)重要好處是工作區(qū)域是開(kāi)放的，零件可以很容易地從3個(gè)側(cè)面放置在工作區(qū)域中，包括“前部”，其中操作員被撞擊的風(fēng)險(xiǎn)最小化。值得指出的是，鉸接式或SCARA機(jī)器人具有球形或圓柱形的工作包絡(luò)，需要更難制造的防護(hù)圍欄。如果將簡(jiǎn)單的矩形框架與SCARA或關(guān)節(jié)臂機(jī)器人一起使用，則防護(hù)包絡(luò)將比工作包絡(luò)大得多，并且可能更難以將工件加載到機(jī)器人工作包絡(luò)中。
笛卡爾坐標(biāo)以法國(guó)數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾（René Descartes，1596-1650 年）的名字命名，他引入了坐標(biāo)系來(lái)展示代數(shù)如何用于解決幾何問(wèn)題。這就是為什么術(shù)語(yǔ)“笛卡爾”通常大寫的原因。
笛卡爾機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)
- 易于計(jì)算和編程位置
- 工作范圍易于定義和封閉，確保安全
- 通常比SCARA或關(guān)節(jié)臂機(jī)器人的有效載荷高得多
- 通過(guò)選擇合適的線性致動(dòng)器，可以形成更大的工作范圍
笛卡爾龍門機(jī)器人克服了這一限制。龍門機(jī)器人還沿著相互正交的軸移動(dòng)各個(gè)執(zhí)行器。主要的設(shè)計(jì)區(qū)別在于“GANTRY”機(jī)器人在底部軸上具有2個(gè)平行軸或支撐，從而消除了底部軸上的懸臂設(shè)計(jì)和扭矩。有效載荷和伸展極限現(xiàn)在可以在設(shè)計(jì)中輕松擴(kuò)展，而無(wú)需使用超大尺寸的線性致動(dòng)器。笛卡爾龍門機(jī)器人的一些例子是：
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| 笛卡爾龍門機(jī)器人示例，在基軸上具有雙軸驅(qū)動(dòng)器。此配置有時(shí)稱為“H”幀 | 笛卡爾龍門機(jī)器人示例，帶有平板工作臺(tái)和單軸驅(qū)動(dòng)中心 |
左側(cè)的笛卡爾龍門機(jī)器人由2個(gè)獨(dú)立但電氣連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這些電機(jī)經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)或同步以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。右邊的例子在底部軸的中心有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但它的導(dǎo)軌分開(kāi)以提供運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，這種導(dǎo)軌的分離消除了貨架，并在龍門架的兩端為Z軸上的負(fù)載提供了支撐。這種對(duì)稱支撐分擔(dān)負(fù)載，并將懸臂機(jī)器人的扭矩負(fù)載轉(zhuǎn)換為基軸支撐軸承上的直接垂直負(fù)載。值得注意的是，單個(gè)導(dǎo)軌上幾乎所有的直線軸承在支撐直接垂直載荷方面都非常出色，但在支撐扭矩載荷方面卻受到限制。這就是為什么重型線性執(zhí)行器具有2個(gè)平行導(dǎo)軌和4個(gè)線性軸承的原因 - 這種配置需要扭矩載荷并將其轉(zhuǎn)換為直線軸承上的一對(duì)或相等且相反的垂直載荷。
Isel USA提供6種不同尺寸的平板式笛卡爾龍門機(jī)器人和許多其他配置，以解決各種設(shè)計(jì)考慮因素。
笛卡爾龍門機(jī)器人的好處是，開(kāi)放式懸臂配置被在其行程兩端支撐的軸所取代。這意味著有效載荷和“龍門”軸行程都可以顯著增加，而無(wú)需更堅(jiān)固，更昂貴的直線軸承和執(zhí)行器。龍門架設(shè)計(jì)的權(quán)衡是開(kāi)放式機(jī)器人工作區(qū)現(xiàn)在不太容易進(jìn)入。工件仍然可以相對(duì)容易地從左側(cè)或右側(cè)加載到機(jī)器人的工作范圍內(nèi)，但從前面加載將需要機(jī)器人移動(dòng)到側(cè)面。平行軸也占據(jù)了機(jī)器人工作范圍的一部分。還要注意的是，增加機(jī)器人范圍和有效載荷的好處是以在底部軸上增加一個(gè)額外的執(zhí)行器以及需要一個(gè)可以處理并行執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于較小的龍門結(jié)構(gòu)，例如上面顯示的結(jié)構(gòu)，可以在工件的中心有一個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在龍門架的兩端有導(dǎo)軌來(lái)支撐龍門架并防止其貨架。
并行執(zhí)行器有時(shí)稱為主/從配置。在某些情況下，平行軸與機(jī)械連桿或齒輪或皮帶連接。這通常是在平行致動(dòng)器彼此靠近的情況下完成的。如果平行軸相隔很遠(yuǎn)的距離，其中機(jī)械連桿可能會(huì)引入2個(gè)軸的間隙或貨架，則兩個(gè)軸都由同步的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此它們都以相同的速度同時(shí)移動(dòng)相同的距離。一個(gè)軸成為“主軸”，另一個(gè)軸非常緊密地跟隨主軸，稱為從軸。
笛卡爾龍門機(jī)器人的工作包絡(luò)線在笛卡爾機(jī)器人情況下得到了很好的定義。在這兩種情況下，創(chuàng)建安全外殼成為制作合適尺寸的盒子的相對(duì)容易的任務(wù)。
Isel 中國(guó)提供各種笛卡爾龍門機(jī)器人，笛卡爾機(jī)器人和皮帶傳動(dòng)龍門機(jī)器人。
笛卡爾機(jī)器人與SCARA和算術(shù)手臂機(jī)器人的
比較 像大多數(shù)設(shè)計(jì)決策一樣，總是存在權(quán)衡。在這種情況下，龍門機(jī)器人具有傳統(tǒng)格式機(jī)器人顯著的有效載荷和分辨率優(yōu)勢(shì)。SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人確實(shí)具有速度優(yōu)勢(shì)。
龍門機(jī)器人和笛卡爾式機(jī)器人都可以制成具有非常大的工作范圍，因?yàn)橹灰锌捎玫木€性致動(dòng)器，就可以制作基軸。SCARA機(jī)器人被限制在幾英尺的范圍內(nèi)，而關(guān)節(jié)臂機(jī)器人通常被物理限制在大約10英尺半徑。
當(dāng)速度是一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素時(shí)，SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人在給定的分辨率下具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榈都庖缘扔诒坶L(zhǎng)乘以接頭角速度的速度移動(dòng) - 所得產(chǎn)品可能是實(shí)質(zhì)性的。笛卡爾式機(jī)器人總是在速度與分辨率之間做出權(quán)衡—— 分辨率越精細(xì)，得到的速度就越慢。分辨率一般基于機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)——滾珠絲杠、齒條小齒輪、直線電機(jī)或皮帶傳動(dòng)。
所有設(shè)計(jì)之間的可重復(fù)性非常均勻，但在很大程度上取決于所使用的技術(shù)。在笛卡爾機(jī)器人的情況下，滾珠絲杠通常比齒條和小齒輪具有更高的可重復(fù)性，并且在滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人中，帶有防背隙滾珠螺母的研磨螺釘通常比帶有標(biāo)準(zhǔn)滾珠螺母的軋制滾珠絲杠更準(zhǔn)確和可重復(fù)。在SCARA和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人中，擺線驅(qū)動(dòng)器和諧波驅(qū)動(dòng)器往往比行星齒輪箱更精確。雖然行星齒輪箱和擺線齒輪箱往往具有更高的扭矩容量。
專為協(xié)同
工作而設(shè)計(jì)的免費(fèi)技術(shù) 關(guān)節(jié)臂機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人在裝載/卸載應(yīng)用中特別有用。由于大多數(shù)COBOT型機(jī)器人上都有手臂和旋轉(zhuǎn)底座上的擴(kuò)展，因此它們可以輕松裝載和卸載CNC機(jī)器或笛卡爾龍門機(jī)器人式路由器和點(diǎn)膠機(jī)。在這些類型的應(yīng)用程序中，這兩種樣式實(shí)際上非常互補(bǔ)。笛卡爾機(jī)器人具有負(fù)載能力和剛性，可以執(zhí)行加工或點(diǎn)膠甚至焊接或檢查等功能。關(guān)節(jié)臂協(xié)作式機(jī)器人特別適合“伸手”將零件裝載和卸載到笛卡爾機(jī)器人中。協(xié)作機(jī)器之間的通信將單獨(dú)
討論 選擇笛卡爾機(jī)器人
選擇笛卡爾機(jī)器人 首先涉及選擇哪些參數(shù)是最重要的。通常，首先要考慮的是工作包絡(luò)。這決定了系統(tǒng)的整體尺寸，并由正在加工的零件的尺寸固定。
下一個(gè)考慮因素是所需的速度以及運(yùn)動(dòng)的分辨率。速度和分辨率之間的權(quán)衡意味著分辨率越精細(xì)，產(chǎn)生的速度就越慢。這通常指定了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)。
要考慮的最后一個(gè)要點(diǎn)是正在移動(dòng)的有效載荷的大小和重量。如前所述，笛卡爾機(jī)器人由線性致動(dòng)器構(gòu)成。有效載荷的大小和行程的大小將指定致動(dòng)器的大小和功能。更大的行程和更大的有效載荷需要更重的軸承。限制因素通常是產(chǎn)生的力矩載荷 - 而不僅僅是有效載荷的重量。在指定笛卡爾機(jī)器人時(shí)，有效載荷的偏移距離通常比重量本身更重要，例如，對(duì)于大多數(shù)線性執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，10磅的有效載荷并不是很大，但是如果它從軸向懸垂20“的距離，則執(zhí)行器上施加200 in.lbs的扭矩。該扭矩可能很大，也可能不大，具體取決于模組規(guī)格。
