工業(yè)機(jī)械人知多少

工 業(yè)機(jī)械人是機(jī)械人中的大家族，如果你在電視上看過(guò)工業(yè)生產(chǎn)線，你一定對(duì)工業(yè)機(jī)械人有所了解，也會(huì)對(duì)機(jī)械人準(zhǔn)確及靈活的動(dòng)作所驚嘆。在機(jī)械人家族中，有 90%是工業(yè)機(jī)械人，它們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)線中發(fā)揮著巨大的作用。美國(guó)機(jī)械人學(xué)會(huì)就曾對(duì)工業(yè)機(jī)械人作了以下描述：機(jī)械人是一個(gè)可以編程的多功能機(jī)械手，能移動(dòng)材 料、零件、工具或是特殊裝置，通過(guò)可變的編程完成不同的任務(wù)。因此可以說(shuō)，只要是能夠通過(guò)編程，完成人的基本功能的機(jī)械手都可以稱(chēng)只為機(jī)械人。

多功能的工業(yè)機(jī)械人

工業(yè)機(jī)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(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是在危險(xiǎn)、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(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。

工業(yè)機(jī)械人的結(jié)構(gòu)

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

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

為機(jī)械人編寫(xiě)程序

工 業(yè)機(jī)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(lèi)。「編程輸入」是將編好的程序儲(chǔ)存到機(jī)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(chǔ)存。「示教輸入」是只透過(guò)控制器控制或人手直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行的機(jī)械部分按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡演示一次。過(guò)程中機(jī)械人會(huì)將其運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成信息并存儲(chǔ)起 來(lái)。以上兩種輸入，都可以讓機(jī)械人在自動(dòng)工作時(shí)，根據(jù)已儲(chǔ)存的指令再次演示出來(lái)。

各類(lèi)實(shí)用工業(yè)機(jī)械人

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

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

強(qiáng)壯的工業(yè)機(jī)械臂

提到工業(yè)機(jī)械人就離不開(kāi)機(jī)械臂，美國(guó)機(jī)械協(xié)會(huì)把機(jī)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(guò)可更改的程序代碼，并可在不同的工作環(huán)境下移動(dòng)原料、工件、工具和其它重要的設(shè)備。

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

機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

機(jī) 械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)部分組成，手部結(jié)構(gòu)可根據(jù)被操持對(duì)象的重量、形狀、材質(zhì)和作業(yè)要求設(shè)計(jì)成不同類(lèi)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(dòng)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(duì)象時(shí)手指通常帶有V型面。多手指外夾式的手部適用于長(zhǎng)軸類(lèi)工 件。內(nèi)撐式手部用于以?xún)?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(méi)有精確定位要求的場(chǎng)合。3)吸附型﹕有氣吸盤(pán)式和磁吸盤(pán)式兩 類(lèi)。氣吸盤(pán)能吸取表面較平滑的對(duì)象﹕磁吸盤(pán)只適用于磁性對(duì)象。

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被操持對(duì)象的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng) 為機(jī)械手的自由度。多數(shù)專(zhuān)用機(jī)械手有2至3個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓、氣動(dòng)、電氣裝置驅(qū)動(dòng)，或藉助主機(jī)的動(dòng)力通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置傳動(dòng)。

機(jī)械臂往往附屬于主機(jī)，一般沒(méi)有獨(dú)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(mén)操持危險(xiǎn)品的主從式操作手也常被稱(chēng)為機(jī)械手。

日制先進(jìn)機(jī)械臂

日 本安川電機(jī)成功開(kāi)發(fā)了產(chǎn)業(yè)機(jī)械人“MOTOMAN-DA20”，它具有繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)的機(jī)身及身上配備了兩個(gè)六軸驅(qū)動(dòng)臂的機(jī)械人。由于它實(shí)現(xiàn)了接近人 類(lèi)兩臂的動(dòng)作及構(gòu)造，因此可以穩(wěn)定地搬運(yùn)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(gè)機(jī)械臂相比，其設(shè)置面積更小。單臂 負(fù)重能力為20kg，雙臂可最大搬運(yùn)40kg的工件。DA20在關(guān)節(jié)部位均配備了新開(kāi)發(fā)的伺服馬達(dá)。該馬達(dá)采用減速器及制動(dòng)器為一體的設(shè)計(jì)。右圖 : MOTOMAN-DA20有接近人類(lèi)兩臂的動(dòng)作及構(gòu)造

新一代工業(yè)機(jī)械人

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

新 一代的工業(yè)機(jī)械人都趨向以下發(fā)展：1)主張多臺(tái)機(jī)械人一同協(xié)調(diào)動(dòng)作，以增進(jìn)工作效率。2)引進(jìn)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(cè)(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(yùn)或液晶顯示器制程中LCD Panel 的搬運(yùn)。4)新安裝的工業(yè)機(jī)械人以技術(shù)層次較高的多軸機(jī)械人為主道。

新形潔凈室機(jī)械人

今 年工業(yè)機(jī)械人生產(chǎn)商KUKA Robotics公司就推出了一系列潔凈室機(jī)械人，它們是專(zhuān)門(mén)針對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)加工、測(cè)試和操作應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。適用于整個(gè)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(cè)試、封裝、操作和處理應(yīng)用。而且該系列的機(jī)械人均為六軸設(shè)計(jì)，以其動(dòng)作更靈巧。

時(shí)間繼電器

最 常見(jiàn)的繼電器要數(shù)熱繼電器（Thermal relay），它可作為交流電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)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(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)以及動(dòng)作機(jī)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(shí)，它可成為自動(dòng)的閃燈開(kāi)關(guān)，如用于汽車(chē)方向燈、燈塔、節(jié)日 燈飾及廣告燈等。

KUKA Robotics潔凈室機(jī)械人

裝上傳感器的工業(yè)機(jī)械人

工業(yè)機(jī)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(jī)械人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器；如生產(chǎn)工序有需要的話，更會(huì)裝上聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器。

有 視覺(jué)的機(jī)械人會(huì)對(duì)工作場(chǎng)景的變化作出反應(yīng)，從而提高生產(chǎn)效率。工業(yè)機(jī)械人的視覺(jué)是透過(guò)安裝的光學(xué)傳感器，它使機(jī)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(chē)制造業(yè)和包裝業(yè)提供機(jī)械眼的公司。該公司先后研制出多種視覺(jué)技術(shù)的機(jī)械眼令機(jī)械人可以發(fā)現(xiàn)并修正車(chē)身裝配過(guò)程中的偏差，并配 合光學(xué)傳感器，使機(jī)械人可辨認(rèn)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(guò)人手對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抽查，現(xiàn)在有視覺(jué)的工業(yè)機(jī)械人可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品上的磕痕 或裂痕等，并挑出不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。

 機(jī)械人正在檢驗(yàn)產(chǎn)品

日 本山崎馬扎克開(kāi)發(fā)出一種「智慧主軸」，它可通過(guò)在主軸上的多種傳感器，并通過(guò)NC裝置對(duì)傳感器信息進(jìn)行處理，能對(duì)故障等做到防患于未然。 主軸上裝有溫度、振動(dòng)、位移和距離等多種傳感器。傳感器信號(hào)由NC裝置對(duì)進(jìn)行不間斷監(jiān)控。在溫度升高、振動(dòng)加劇、夾具壽命即將到期時(shí)可起到預(yù)防保護(hù)作用。 另外，發(fā)生異常振動(dòng)或夾具有錯(cuò)誤時(shí)，能夠立刻關(guān)機(jī)，確保安全。對(duì)于熱位移，可通過(guò)修正，進(jìn)行高精度加工。廠商更準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的智能化功能，如主軸振動(dòng)一 旦增大，就會(huì)自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，改變加工條件。反過(guò)來(lái)，如果在溫度和振動(dòng)方面還有余地，就會(huì)加大轉(zhuǎn)速，提高加工效率。