冲床机械手性能评判指标

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表示冲床机械手特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。

一、工作空间（Workspace），是指机械手臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了冲床机械手工作能力的大小。理解机械手的工作空间时，要注意以下几点：

        1、通常冲床机械手说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机械手实际所能达到的工作空间。

      2、冲床机械手说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位置不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位置称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度退化现象，这部分工作空间在机械手工作时都不能被利用。

        3、除了在工作空间边缘，实际应用中的冲床机械手还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。

二、运动自由度，是指冲床机械手在空间运动所需的变量数，用以表示机械手动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。       
自由物体在空间有六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。机械手的自由度数目越多，功能就越强。冲床机械手通常具有4—6个自由度。当机械手的自由度增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机械手工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。      冲床机械手在运动方式上，可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示机械手运动自由度的特点，如RPRR表示机械手具有四个自由度，从基座开始到臂端，运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，冲床机械手的运动自由度还有运动范围的限制。

三、有效负载(Payload)，是指冲床机械手在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示机械手的负荷能力。

机械手在不同位置时，允许的最大可搬运重量是不同的，因此冲床机械手的额定可搬运重量是指其臂杆在工作空间中任意位置时端部都能搬运的最大重量。

四、运动精度(Accuracy)，冲床机械手的精度主要涉及位置精度、重复定位精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。

位置精度是指指令位置和从同一方向接近该指令位置时的实到位置中心之间的偏差。重复定位精度是指对同指令位置从同一方向重复响应n次后实到位置的不一致程度。

轨迹精度是指机械手从同一方向n次跟随指令轨迹的接近程度。轨迹重复精度是指对一给定轨迹在同方向跟随n次后实到轨迹之间的不一致程度。

五、运动特性（Sped），速度和加速度是表明机械手运动特性的主要指标。在机械手说明书中，通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度，但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的，还应注意其最大允许加速度。

六、动态特性，结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态。

      设计时应该尽量减小质量和惯量。对于冲床机械手的刚度，若刚度差，机械手的位置精度和系统固有频率将下降，从而导致系统动态不稳定；但对于某些作业，适当地增加柔顺性是有利的，最理想的情况是希望机械手臂杆的刚度可调。增加系统的阻尼对于缩短振荡的衰减时间、提高系统的动态稳定性是有利的。提高系统的固有频率，避开工作频率范围，也有利于提高系统的稳定性。