根据预期的任务和相关的运动范围，机器人可以具有不同的轴和称为机器人运动学的各种轴配置。此常见问题解答将考虑机器人轴，运动学，驱动安全功能和电源架构。随后的常见问题解答将重点关注“机器人软件环境和运动控制架构，“感觉机器人和人工智能，“ 和 ”机器人的国际绩效和安全标准。“
机器人运动轴通常被称为自由度（DOF）。例如，可以在X，Y和Z平面中操作的机器人具有三个DOF。如果相同的机器人设计具有倾斜或转弯的能力，则它将有额外的DOF。具有较高DOF的机器人可以访问更大的空间，并且可以执行更复杂的任务。由高级DOF产生的增加的能力的示例包括：
- 1轴机器人能够在单个尺寸中线性运动。
- 2轴机器人通常由两个线性引导器组成，其能够实现二维运动，例如x，y或y，z配置。
- 3轴机器人是具有附加线性轴引导或圆柱形指南的基本2轴设计，其能够实现X，Y，Z运动。
- 4轴机器人增加了旋转它持有的对象的能力。
- 5轴机器人增加了它持有的对象的二维旋转的能力。
- 6轴机器人可以模仿人臂的运动，有三个线性DOF和三个旋转DOF。
- 7轴机器人是六轴设计，放置在导轨或舞台上，使其能够将其从一个位置线性移动到另一个位置。
垂直铰接的工业机器人是模仿人臂的机器人的一个例子’S结构和运动能力。这些机器人具有串联连杆机械结构，通常由六个接头组成，可使六个DOF。可以改变各种段的长度以适应特定应用的需要。
轴1,2和3对应于腰部和臂，轴4,5和6对应于从手腕到指尖的运动。前三个轴将“手腕”移动到特定位置，另一个三个轴提供完整运动的“手腕”。
根据应用，不同的机器人物理结构具有不同的优点。典型的工业机器人类型是：
- 铰接式 诸如上述那些的机器人具有旋转轴并且具有3至10或更多的DOF。
- 笛卡尔 机器人（有时称为直线或龙门机器人）具有三个线性轴，x，y，z。二维笛卡尔机器人通常有三个轴，两个用于位置x，y和一个用于旋转和方向的工具。为了能够在三维空间中自由移动，笛卡尔机器人需要6个DOF。
- 圆柱形 机器人在圆柱形的工作环境中操作，并且在基部和一个或多个棱柱形（线性）轴上具有至少一个旋转轴。
- 三角洲 机器人（也称为并行链路机器人）由连接到公共基础的并行链路组成。 Delta机器人用于拾取系统。
- 极性 机器人（也称为球形机器人）用扭转轴和两个旋转轴和一个线性轴的组合将操纵器连接到底座。这些机器人在极坐标空间中运行并具有球形工作包络。它们在焊接，压铸和注射或挤出机中被发现。
- 斯卡拉 （选择性合规装配机器人手臂）通常用于装配操作。它们在圆柱形设计上变化，并且具有两个平行轴，可在一个平面中提供运动。
机器人规格参数
除了上面讨论的参数外，携带容量，速度，加速，运动学，准确性和可重复性是机器人的重要规范：
承载能力 只是机器人可以处理多少重量。
速度 更复杂;它测量机器人可以定位机械手的速度。它可以根据每个轴的线性或角速度来指定，或者当所有轴都处于运动时，或者作为化合物参数，例如机械手的速度。
加速 也可以是一个复杂的规范。机器人通常不会在短距离上达到最大指定速度，或者在需要频繁变化方向变化的复杂路径中移动。
运动学 描述各种机器人元素的物理布置，其定义了机器人可能的运动。以上描述了机器人运动学的类，包括笛卡尔，平行，疤痕，圆柱形等。
准确性 衡量达到命令职位的程度。精度可以随工作信封内的速度和位置而变化，并且移动量的移动量。
重复性 衡量机器人可以实现相同任务的重复的准确性。
测量精度和可重复性可能是具有挑战性的。 ISO 9283要求它们应以最大速度和最大有效载荷测量。使用最大值导致“最坏情况”测量值。典型的机器人将更加准确，并且在较慢的速度和较轻的载荷时具有更高的可重复性水平。重复性也可能受到末端执行器的影响’诸如夹具的S能力，特别是如果没有针对所执行的特定任务进行优化的设计。
驱动安全功能
工业机器人受各种性能和安全标准的约束。 IEC 61800-5-2是一种特定于驱动的标准，用于定义各种安全功能。最基本的两个是：
- 安全扭矩 - 关闭（STO）是一种停止功能，可防止产生扭矩的功率。例如，工业机器人工作区通常由互锁的门或接近传感器保护。 STO旨在启动紧急停止如果一个人进入受保护的空间。
- 安全制动控制（SBC）安全地控制外部保持制动器。它始终与STO一起激活。当驱动器关闭时通常使用SBC，并且有一个影响电动机的负载。
STO类似于电动机驱动器上的“禁止”功能。差异是如何实现STO。模拟驱动器基于接地或未在驱动控制器上的某些引脚进行抑制;数字驱动器通过软件控件实现禁止。在任何一种情况下，如果禁止驱动器，可以重新启用驱动器或其他故障。即使为短暂的时期重新启用驱动器，也可能发生不安全（和不需要的）运动。
STO是一种安全功能，总是需要成功，而不是受外部故障的影响。 STO不通过软件或接地控制实现; STO迫使驱动功率和电机相位连接之间的物理断开连接。一旦开始了STO，电机就可以了’T启动直到STO关闭，并且控制器重新启动驱动功能。
额外的机器人控制和安全功能：
STO和SBC只有两个IEC 61800-5-2驱动安全标准的两个。其他标准包括：
- 安全停止1（SS1）。启动受控减速以停止运动，然后启动STO功能。 SS1旨在使一个具有高惯性的系统非常快速地静止。
- 安全停止2（SS2）。与SS1相同，当运动停止时，启动SOS（而不是STO）功能。
- 安全运行停止（SOS）。监视电机的停止位置，并且电机位置在指定范围内。有时被认为是STO的替代品，但是通过SOS，电机不需要停止施加扭矩。使用SOS，驱动器保持位置控制，保持零速度的位置。
- 安全制动测试（SBT）。制动器的自动测试，以确保其提供所需的制动动作。
- 安全有限的速度（SLS）。确保电机不超过一个或多个指定的速度限制。如果超过速度限制，则启动STO或SS1。
- 安全速度监视器（SSM）。当电机速度低于指定水平或电机无法达到指定速度时，产生信号。
- 安全方向指示（SDI）。如果电机在不正确的方向上移动，则激活SSI。
- 安全有限的位置（SLP）。监视轴的绝对位置并防止其超出定义的限制。
机器人的电源架构
工业机器人采用各种供电架构。固定机器人通常采用可作为单输出或多输出单元的AC / DC电源。很常见的是，用于从控制器，驱动器和传感器从控制器，驱动器和传感器供电的多个DC / DC转换器。较大的机器人可以采用分布式功率架构，其中相对高的分配电压为每个子系统提供电力。根据系统，分配电压可从24VDC到700VDC或更高的变化’尺寸。在携带重载所需的较大移动机器人中，最高的分配电压往往会发现。
以上图显示了中型DPA，可用于静止或移动机器人应用。如果上述系统是固定位置的工业机器人，则电池将被替换为产生分配总线电压的AC / DC电源。
48VDC主电源总线可直接用于各种功能的电动机，例如汽车或机器人的动力中的泵和风扇。 48VDC分配电压可以向下转换为24VDC和44VDC之间的电压，以驱动各种LED照明，相机，传感器，如LIDAR，等等。它可以转换为12VDC，为各种数字和模拟功能供电，具有用于为“计算机”部分中的功能供电的附加非隔离的DC / DC转换器。
本系列的下一个常见问题将考虑“机器人软件环境和运动控制架构。“ “感知机器人和人工智能”将专注于第三次常见问题，而本系列的最终文章将审查“机器人的国际绩效和安全标准。”
参考:
组件的指南和机器人臂的运动，川崎
工程师的工业机器人设计指南，德州仪器
分布式机器人系统模块化系统架构的概念，mdpi.
你的机器人需要多少轴？ ASME
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