直角坐標機器人與關節機器人對比分析

一、直角坐標機器人

　　1、概念：

　　基于空間XYZ直角坐標系編程、有三軸及以上自由度，能夠實現自動控制、可重復編程反復應用，適合不同任務的自動化設備。

　　它能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業。關于機器人的定義隨著科技的不斷發展，在不斷的完善，直角坐標機器人作為機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。

　　2、特點：

　　1）任意組合成各種樣式，形成兩軸到六軸不同結構形式。
　　2） 超大行程：單根最多長度是6米，但可以多根方便地級連成超大行程，例如50米長。
　　3）負載能力強：通常是到200公斤，但當采用多根多滑塊結構時其負載能力可增加到數噸。
　　4）高動態特性：輕負載時其最高運行速度每秒8米，加速度每秒5米。
　　5）高精度：重復定位精度可達到0.05mm～0.01mm。
　　6）擴展能力強：可以方便改變結構或通過編程來適合新的應用。
　　7）簡單經濟：編程簡單類同數控銑床，易培訓員工和維修，使其具有非常好的經濟性。
　　8）壽命長：直角坐標機器人的壽命一般是10年以上，維護好可達40年。
　　9) 應用范圍廣：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、上下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼和噴涂等任務。

　　圖1是一個典型的3D直角坐標機器人，它由X軸,Y軸,Z軸及驅動電機組成。此外一個完整的機器人系統還需要控制系統和手抓。

二、關節機器人

　　1、概念：

　　也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，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:

　　1) 有很高的自由度，靈活性， 從不同角度不同方位來工作。
　　2) 速度可達6米/秒，加速度10米/每秒；工作效率高，
　　3）經常在網絡或電視里看到，較為世人所熟悉和接受。
　　4) 6軸機器人主要應用于汽車點焊，弧焊，裝配（擰螺絲），檢測類這些輕巧類工作。
　　5）人們開發了4軸搬運碼垛類機器人。

三、特點及應用分析對比

　　1、工作空間與承載能力：

　　1）直角坐標型標準單根長度6m，拼裝后可達到100m；組合成龍門式機器人，其工作空間可以是非常的三維立體空間。單根承載10~200kg,特殊結構可達2400 Kg。

　　2）關節型最大工作半徑3m，在有效半徑內可以任何角度工作。關節機器人工作半徑所在的園周內要做安全隔離，所以通常占用更大的空間。不適合大距離空間工作，或放置到直線運動單元上。承載能力有幾種規格5~20Kg可選，但最大1300Kg，這時及其昂貴。
說明：常見的關節型機器人的工作半徑越大、強度也要大，對于承載能力越強，但為保證其穩定的機械結構，造價會非常高。

直角坐標型的龍門框架結構，承載能力強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很多。

　　2、工作精度

　　1）直角坐標型：由于結構簡單，重復定位精度0.05mm，絲杠型可達0.01mm，甚至更高。

　　2）關節型：重復定位精度0.06mm,輕載荷小半徑0.02mm,重載荷精度0.2mm。

說明：在通常情況下，兩種機器人均可滿足精度要求。其中絲杠型直角坐標機器人更適合對精度要求更加苛刻的行業。

　　3、組合方式

　　1）直角坐標型組合方式多樣，龍門式、懸臂式、壁掛式等，可根據不同的負載、行程、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求產品。同時，X、Y、Z三軸基礎上可以擴展旋轉軸和翻轉軸，構成五自由度和六自由度機器人。

　　2）關節型可細分為6自由度機器人、Scara機器人、四連桿機器人，種類相對少，選擇性和靈活性較直角坐標型小很多。

　　4、機械安裝及維護

　　1）直角坐標型為模塊化產品，在工廠全部預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。

　　模塊化產品，用戶可以自行拆卸、更換或維護，所有機械零件均為通用品，維修維護費用低。

2）關節型集成化程度高，整體性好，但需要專業人員進行機械安裝。安裝空間較直角坐標型小，但是其工作空間是其整個工作半徑，工作區域需要做防護處理，故設備總占地面積不小于直角坐標型。

由于機械化程度高及控制非常復雜，維修和維護必須由廠家或供應商的專業人員完成（國外進口品牌的維護費用在300元/小時左右），用戶往往面臨兩個問題高價維修或報廢處理。

　　5、軟件編程操控和維護

　　1）從電氣系統到上位機直角坐標型都是開放、靈活的，適用任何品牌的PLC、CNC、伺服驅動系統，甚至可以按用戶熟悉品牌選定。編程簡單，用戶可以隨意擴展，操控簡單易操作。

完全的交鑰匙工程，簡單程序問題和硬件故障，客戶可以自行處理，例如更換驅動電機、PLC等，維護費用低。

　　2）關機型機器人：軟件系統集成化，庫函數直接調用，是其軟件優點。但編程和操控必須由供應商通過專業培訓才能完成（廠家軟件編程費用300元/小時），而且特殊軟件需要收費。

維護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商或廠家直接提供，非市場通用產品，費用高昂。

6、前期投入成本：不考慮后期維護維修費用，以60Kg負載碼垛機器人為例

　　直角坐標機器人：25~40萬
　　關節機器人：60~80萬

　　7、根據國內外的應用案例，對不同行業的應用情況對比如下：