工業(yè)機械人知多少

工 業(yè)機械人是機械人中的大家族，如果你在電視上看過工業(yè)生產(chǎn)線，你一定對工業(yè)機械人有所了解，也會對機械人準(zhǔn)確及靈活的動作所驚嘆。在機械人家族中，有 90%是工業(yè)機械人，它們在工業(yè)生產(chǎn)線中發(fā)揮著巨大的作用。美國機械人學(xué)會就曾對工業(yè)機械人作了以下描述：機械人是一個可以編程的多功能機械手，能移動材 料、零件、工具或是特殊裝置，通過可變的編程完成不同的任務(wù)。因此可以說，只要是能夠通過編程，完成人的基本功能的機械手都可以稱只為機械人。

多功能的工業(yè)機械人

工業(yè)機械人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是在危險、惡劣環(huán)境下作業(yè)。例如：壓力鑄造、高熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。

工業(yè)機械人的結(jié)構(gòu)

工 業(yè)機械人主要由3個基本部分組成：主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。1)主體﹕即機座和執(zhí)行結(jié)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機械人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機 械人有3至6個運動自由度，其中腕部通常有1至3個運動自由度。2)驅(qū)動系統(tǒng)﹕包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。3)控制系統(tǒng)﹕按 照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號、并進行控制。

而根據(jù)其運動及控制機能可分為「點位型」和「連續(xù)軌跡型」。「點位型」即執(zhí)行部分會準(zhǔn)確定位由一點移到另一點，適用于點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)。「連續(xù)軌跡型」指執(zhí)行部分會按設(shè)定軌跡運動，如連續(xù)焊接、噴漆和切割等工作。

為機械人編寫程序

工 業(yè)機械人按程序輸入方式可區(qū)分有「編程輸入」和「示教輸入」兩類。「編程輸入」是將編好的程序儲存到機械人的內(nèi)存上，但早期的是以穿孔卡、穿孔帶或磁帶 方式儲存。「示教輸入」是只透過控制器控制或人手直接領(lǐng)動執(zhí)行的機械部分按要求的動作順序和運動軌跡演示一次。過程中機械人會將其運動轉(zhuǎn)化成信息并存儲起 來。以上兩種輸入，都可以讓機械人在自動工作時，根據(jù)已儲存的指令再次演示出來。

各類實用工業(yè)機械人

最 常用的配置工業(yè)機械人主要有水平關(guān)節(jié)機械人(SCARA robots)和起重臺架機械人(Gantry Robots)。平面關(guān)節(jié)型機械人即可動關(guān)節(jié)只以水平方向移動，它是一種精密型裝配機械人，特點是速度快、精確度高、柔性好。可應(yīng)用于電子、機械和輕工業(yè) 等有關(guān)產(chǎn)品的自動裝配、搬運、調(diào)試等工作。

起重臺架機械人是將機械臂裝置在一條可滑行軌道的上，而機械臂就只能在軌道的范圍內(nèi)滑行。這樣的組合可使機械臂在狹窄的環(huán)境下仍可高速移動。如有有足夠空間及靈活地運用其特點，同樣可達到生產(chǎn)自動化并適用于不同的制造中。

強壯的工業(yè)機械臂

提到工業(yè)機械人就離不開機械臂，美國機械協(xié)會把機械臂定義為可再更新程序的多功能操作器。它的主要用途是透過可更改的程序代碼，并可在不同的工作環(huán)境下移動原料、工件、工具和其它重要的設(shè)備。

采用機械手可以代替人作繁重勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)機械化和自動化，能在有害環(huán)境下進行操作，保障工人安全。機械手廣泛用于機械制造、冶金、輕工和原子能等部門。機械手常用作機床的附加裝置，如在自動機床和自動生產(chǎn)在線裝卸和傳送工件，在加工中心上更換刀具等。

機械臂結(jié)構(gòu)

機 械手主要由手部和運動部分組成，手部結(jié)構(gòu)可根據(jù)被操持對象的重量、形狀、材質(zhì)和作業(yè)要求設(shè)計成不同類型，主要有夾持型、托持型和吸附型等。1)夾持型﹕由 手指及其驅(qū)動裝置組成，分外夾式和內(nèi)撐式。外夾式使用廣泛，手指一般呈夾鉗形﹐夾持圓柱體對象時手指通常帶有V型面。多手指外夾式的手部適用于長軸類工 件。內(nèi)撐式手部用于以內(nèi)孔作為抓取部位的工件。2)托持型﹕由手部托持而不夾緊，通常用于沒有精確定位要求的場合。3)吸附型﹕有氣吸盤式和磁吸盤式兩 類。氣吸盤能吸取表面較平滑的對象﹕磁吸盤只適用于磁性對象。

運動機構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動、移動或復(fù)合運動，以實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被操持對象的位置和姿勢。運動機構(gòu)所能實現(xiàn)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立的運動方式，稱 為機械手的自由度。多數(shù)專用機械手有2至3個自由度。運動機構(gòu)由液壓、氣動、電氣裝置驅(qū)動，或藉助主機的動力通過凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等機械裝置傳動。

機械臂往往附屬于主機，一般沒有獨立的控制裝置。某些需要由人直接操縱的操作裝置，如用于原子能部門操持危險品的主從式操作手也常被稱為機械手。

日制先進機械臂

日 本安川電機成功開發(fā)了產(chǎn)業(yè)機械人“MOTOMAN-DA20”，它具有繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)的機身及身上配備了兩個六軸驅(qū)動臂的機械人。由于它實現(xiàn)了接近人 類兩臂的動作及構(gòu)造，因此可以穩(wěn)定地搬運工件。而且還可從事緊固螺母以及部件的組裝和插入等作業(yè)。另外，與協(xié)調(diào)控制兩個機械臂相比，其設(shè)置面積更小。單臂 負重能力為20kg，雙臂可最大搬運40kg的工件。DA20在關(guān)節(jié)部位均配備了新開發(fā)的伺服馬達。該馬達采用減速器及制動器為一體的設(shè)計。右圖 : MOTOMAN-DA20有接近人類兩臂的動作及構(gòu)造

新一代工業(yè)機械人

機械人一般可分成三種，一是示教再現(xiàn)型，這是比較簡單的機械人，可以對人類演示教育的動作給予再現(xiàn)、重復(fù)；二是具有感知功能的機械人，具有觸覺、視覺等感觀功能，可根據(jù)外界環(huán)境變化自動調(diào)節(jié)；三是智慧機械人，也就是具有一定思維和情緒的機械人。

新 一代的工業(yè)機械人都趨向以下發(fā)展：1)主張多臺機械人一同協(xié)調(diào)動作，以增進工作效率。2)引進智能型控制技術(shù)，當(dāng)中包含3-D 圖像處理、力量控制及碰撞偵測(Collision Detection)等功能。3)潔凈室應(yīng)用：如半導(dǎo)體廠制程之晶圓存取、搬運或液晶顯示器制程中LCD Panel 的搬運。4)新安裝的工業(yè)機械人以技術(shù)層次較高的多軸機械人為主道。

新形潔凈室機械人

今 年工業(yè)機械人生產(chǎn)商KUKA Robotics公司就推出了一系列潔凈室機械人，它們是專門針對半導(dǎo)體生產(chǎn)加工、測試和操作應(yīng)用而設(shè)計的。適用于整個半導(dǎo)體制造處理工藝中的芯片和積體 電路處理，以及其他的測試、封裝、操作和處理應(yīng)用。而且該系列的機械人均為六軸設(shè)計，以其動作更靈巧。

時間繼電器

最 常見的繼電器要數(shù)熱繼電器（Thermal relay），它可作為交流電動機過載保護的繼電器。雙金屬片式熱繼電器是其中一種，它主要由電阻發(fā)熱組件、雙金屬片、動觸點、靜觸點以及動作機構(gòu)等組 成。它是利用雙金屬片受熱彎曲特性而控制電器通電斷電的器件。當(dāng)熱繼電器快速地控制電路的通斷時，它可成為自動的閃燈開關(guān)，如用于汽車方向燈、燈塔、節(jié)日 燈飾及廣告燈等。

KUKA Robotics潔凈室機械人

裝上傳感器的工業(yè)機械人

工業(yè)機械人中，傳感器的作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機械人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器；如生產(chǎn)工序有需要的話，更會裝上聽覺、觸覺等傳感器。

有 視覺的機械人會對工作場景的變化作出反應(yīng)，從而提高生產(chǎn)效率。工業(yè)機械人的視覺是透過安裝的光學(xué)傳感器，它使機械人能更具適應(yīng)力，并完成更為復(fù)雜的工作。 Ｑｕｉｓｓ便是其中一間為汽車制造業(yè)和包裝業(yè)提供機械眼的公司。該公司先后研制出多種視覺技術(shù)的機械眼令機械人可以發(fā)現(xiàn)并修正車身裝配過程中的偏差，并配 合光學(xué)傳感器，使機械人可辨認方向和距離。此外，這種技術(shù)也可用于質(zhì)檢。從前只可透過人手對產(chǎn)品進行抽查，現(xiàn)在有視覺的工業(yè)機械人可隨時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品上的磕痕 或裂痕等，并挑出不達標(biāo)的產(chǎn)品。

 機械人正在檢驗產(chǎn)品

日 本山崎馬扎克開發(fā)出一種「智慧主軸」，它可通過在主軸上的多種傳感器，并通過NC裝置對傳感器信息進行處理，能對故障等做到防患于未然。 主軸上裝有溫度、振動、位移和距離等多種傳感器。傳感器信號由NC裝置對進行不間斷監(jiān)控。在溫度升高、振動加劇、夾具壽命即將到期時可起到預(yù)防保護作用。 另外，發(fā)生異常振動或夾具有錯誤時，能夠立刻關(guān)機，確保安全。對于熱位移，可通過修正，進行高精度加工。廠商更準(zhǔn)備開發(fā)更先進的智能化功能，如主軸振動一 旦增大，就會自動降低轉(zhuǎn)速，改變加工條件。反過來，如果在溫度和振動方面還有余地，就會加大轉(zhuǎn)速，提高加工效率。