原创 | 文 BFT机器人

工程师如何选择合适的机械臂进入庞大的自动化制造设施？所有的机械臂看起来都像爪子抓手吗？机械臂有哪些不同类型？

这些都是选择机械臂时要问的好问题。随着自动化的爆炸式普及，如今比以往任何时候都有更多令人难以置信的机器人。找到合适的机器人就是要了解机械臂的主要特征以及各种类型的区别。

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选择机械臂时要考虑什么

当今市场上有数千种独特的机械臂，其中大部分属于六个主要类别。选择具有如此多选择的正确机械臂可能是一个挑战。

选择机械臂时首先要考虑的是机器人的目标。它需要做什么？它将执行什么任务？这一目标将决定技术需求。一些机械臂不像其他机器人那样灵活或精确，因此清楚地了解机器人需要做什么对于选择正确的类型至关重要。

考虑到这个目标，下一步是估计机械臂需要多少个运动轴。有时被称为“自由度”，机器人的运动轴决定了它的灵活性和可操作性。想象笛卡尔平面中的运动轴可能会有所帮助。具有两个运动轴的机器人可以沿 x 轴和 y 轴移动，但不能沿 z 轴移动。机器人可以有一个运动轴到七个或更多轴的任何地方。

接下来，考虑机器人可能需要什么末端执行器。末端执行器是机器人手臂末端的工具，通常是某种类型的抓手。正确的末端执行器对于任何机械臂的成功都至关重要。替代类型的末端执行器与不同类型的机械臂一起工作。例如，平行连杆臂使用的末端执行器与六轴关节臂上使用的末端执行器非常不同。

确定机械臂需要什么末端执行器的一部分是评估机器人需要多灵巧。它需要拿起、移动或与之交互？末端执行器必须移动的一个或多个物体有多重？这些在任何方面都很微妙吗？记下机器人必须与之交互的组件的需求 - 这将有助于缩小最佳类型的机械臂。

最后，考虑是否存在任何编程限制。某些类型或特定型号的机械臂比其他机器人手臂需要更多的编程。例如，对只有两个运动轴的机器人进行编程通常比对一个有六个运动轴的机器人进行编程更容易。同样，协作机器人通常被设计为比其他类型的机器人更容易编程。如果那些最常使用机器人的人编程能力有限，那么最好使用协作机器人或具有简单运动的机器人。

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6种主要类型的机械臂及其应用

如今，市场上的机器人手臂市场上的任何人都有数千种型号可供选择。找到合适机器人的最简单方法是首先选择最适合手头任务的特定类型的机械臂。现如今有六种主要类型。

1. 铰接式

铰接式机械臂是最常见的类型。

六轴关节臂特别受欢迎，在工业环境中有许多应用。它们也可以很容易地通过各种运动轴找到。关节臂的主要缺点是定位精度，这比机器人的主要旋转关节进一步降低。尽管如此，这些机械臂仍然可以精确到毫米，这对于许多应用来说已经足够精确了。关节的数量也会影响定位精度，因为更多的运动轴允许更多的运动自由度。

关节式机械臂的一个众所周知的应用是制造。这些机器人常见于汽车制造设施中，在装配线上自主制造车辆。铰接式机器人通常是与任何其他类型的机械臂不匹配的应用的好方法。由于关节臂的普及，总会有很多末端执行器可供选择，以及更广泛的机器人社区的技术支持。

关节式机械臂还有许多其他应用。在医疗领域，它们可以用于手术和康复治疗，因为它们可以精确地控制运动，并且不需要人类的直接干预。

此外，它们还可以在危险或难以到达的环境中执行任务，例如在核电站或深海中进行维修和清理工作。关节式机械臂同样也可用于物流和仓储操作，以及军事和安全应用中的侦察和拆除任务。关节式机械臂的多样性和灵活性使其成为各种行业中的重要工具，创造了更高效和安全的工作环境。

除了关节式机械臂，铰接式机器人也有许多其他的应用。在建筑和施工行业中，它们可以用于在高空或狭窄空间进行施工和维修工作。在农业领域，铰接式机器人可以用于植物育种和收获。铰接式机器人还可用于危险或不稳定的地形上，如山区、森林和沙漠等环境中执行任务。

2. 并行链路或增量

平行连杆机械臂采用独特的设计，三个或更多臂连接到一个末端执行器。

形状类似于倒置的金字塔，关节在角落，末端执行器在顶部。平行连杆臂也称为“三角形”机械臂，非常适合具有精密物体或精密工艺的应用。平行链接机器人常见于电子或制药等行业，在这些行业中，小而精确的运动至关重要。

并联机械臂可以控制三个臂的关节和所连接单元的底座中的电机。平行连杆机械臂单元中的单个臂可以有三个单独的关节来控制。这意味着运动可能更复杂，但它们可能比其他机械臂精确得多。

此外，由于其结构紧凑、稳定性强以及高度可控的特点，平行连杆机械臂还被广泛应用于航空和航天领域。

在飞机制造过程中，平行连杆机械臂可以应用于精密钻孔、打磨和喷漆等工艺。

在航天器制造中，平行连杆机械臂也可以用于组装和检测卫星等任务。与其他机械臂相比，平行连杆机械臂在高精度、高速度和高加速度等方面表现更为出色，因此在需要进行高精度操作的领域中得到了广泛的应用。

3. 笛卡尔

笛卡尔机械臂正好沿着三个运动轴移动——笛卡尔坐标系的 x、y 和 z 轴。

它们在制造业中很受欢迎，其简单的线性运动可提供一致、可靠的性能。也称为线性或龙门机器人，笛卡尔机械臂通常安装在框架状结构中。两个侧导轨控制 x 轴运动。桥接侧轨的一个导轨控制 y 轴运动。最后，安装在 y 轴上的第三个较小导轨控制 z 轴运动。不需要复杂的连接，只需沿直线滑动即可。

对于笛卡尔机器人来说，一个好任务的简单例子是将食品移动到包装中。机器人沿着x轴和y轴滑行到食物堆放的地方。它沿着 z 轴流动以拾取物品，从其他物品中提取它，然后滑回容器沿着相邻传送带移动的位置。

再次使用 z 轴，机器人将产品放入包装中。由于笛卡尔机械臂的简单性和可靠性，它们在其他领域也被广泛应用。

在医疗设备制造中，笛卡尔机械臂可以用于定位和安装各种医疗设备组件。在半导体行业中，它们可以用于精确地处理硅片和其他电子元件。

在3D打印领域中，笛卡尔机器人可以控制打印头的位置和方向，从而实现高精度的3D打印任务。总的来说，笛卡尔机械臂是一种非常灵活、功能强大的机器人，可以在许多不同的应用领域发挥作用。

4. 圆柱形

圆柱形机器人手臂可以旋转以圆周运动滑行，类似于办公椅在其底座上旋转的方式。

这些机器人通常围绕z轴进行圆周运动以及水平和垂直运动。它们在其旋转底座上呈圆柱形移动，而连接的臂可以水平伸入和向外延伸，并沿 z 轴垂直移动。

圆柱形机器人的移动方式与笛卡尔机器人类似，但以更节省空间的方式进行。它们不需要龙门架来安装，更像一个铰接式机器人。这使得它们能够比笛卡尔机器人更灵活地在物体上方和周围移动。

因此，圆柱形机器人在空间有限的制造环境中很受欢迎。例如，他们可能操作机械、进行焊接或涂覆涂层和饰面。焊接可能是圆柱形机器人越来越受欢迎的应用。据估计，全球机器人支出的15.6%（价值超过240亿美元）仅归因于焊接机器人。

涂覆涂层和饰面是圆柱形机器人的另一个主要应用领域。由于其灵活性和精度，圆柱形机器人可以用于对汽车、飞机、建筑物等大型结构进行喷涂和覆盖。圆柱形机器人还可以用于在电路板和其他微小元件上涂覆精细的涂层，这需要高精度和稳定性。

在医疗行业中，圆柱形机器人可以用于手术和病房内的各种任务。

在农业领域，它们可以用于自动化收获和植物处理。总之，圆柱形机器人是一种非常有前途的机器人类型，可以在许多不同的应用领域发挥作用。

5.SCARE

选定的合规性关节式机器人手臂（或SCARA机器人）类似于圆柱形机器人，但具有多个圆柱形关节，而不仅仅是一个。

虽然圆柱形机器人在其旋转底座上只有圆柱形运动，但 SCARA 机械臂可以沿所有三个轴（x、y 和 z）圆柱形移动。它们通常用于代替铰接式机器人，提供更简单的运动，但占地面积更小，用途更广。

虽然SCARA机器人仅占当今使用的工业机器人的13%，但它们很快成为工业领域的有利选择。SCARA机器人最常见于生物医学应用，例如灌装或移动小瓶。它们还用于其他行业的码垛、点胶或装配线应用，如焊接电路板。

除了上述的应用，SCARA机器人还在电子制造业中发挥着关键作用。由于其高精度和速度，它们被广泛用于制造半导体和电路板。在这些应用中，SCARA机器人可以快速而准确地放置和焊接微小元件，从而提高生产效率和质量。

在食品和饮料行业，SCARA机器人也被广泛应用于包装、装瓶和灌装等任务。由于其高速度和准确性，SCARA机器人可以快速而精确地完成这些任务，从而提高生产效率并减少错误率。虽然SCARA机器人目前仅占工业机器人市场的一小部分，但它们在许多应用领域中都表现出了出色的性能和灵活性。随着技术的不断发展和需求的增加，SCARA机器人的市场份额有望继续扩大。

6. 协作

协作机器人是机器人手臂的终极主要类型。

这些机器人几乎可以是任何其他类型的机器人，但有一个关键的区别——它们是专门为与人类一起工作而设计的。安全隐患是将机器人带入工作场所的主要挑战之一，因为典型的工业机器人无法分辨员工何时经过。他们没有感官告诉他们在意外撞到某人之前停下来。

协作机械臂是下一代机器人，它使用传感器甚至人工智能来模仿人类的感官和行为。例如，协作机械臂可能具有接近传感器，可以检测工人何时站在附近，防止手臂意外摆动并撞到他们。

这些机器人也更容易编程和维护。他们使用智能传感器来检测零件何时未对准或何时需要维护。这也使协作机器人更安全地工作，因为机器人会知道在发生故障时停止运行。相比之下，传统机器人可能会在受损的情况下继续尝试工作。

协作机器人并非适用于所有应用，因为它们的成本通常高于传统的机械臂。然而，它们是机器人必须增加人类员工的应用的完美选择，例如装配线设置或部分自动化的制造设施。

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选择完美的机械臂

六个主要机械臂中的每一个都有优点和缺点。有些是灵活的，而另一些则更容易编程或投资成本更低。这些机械臂可以执行的任务类型存在一些重叠。因此，为特定应用选择完美的机械臂就是要确定关键性能标准，并将其与一种机械臂的优势相匹配。

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