装配机器人分类及特点总览

PUMA 机器人。 美国Unimation 公司1977 年研制的PUMA 是一种计算机控制的多关节装配机器人， 一般有5 或6 个自由度， 即腰、肩、肘的回转以及手腕的弯曲、旋转和扭转等功能[图6-2-1 (a)]。 其控制系统由微型计算机、伺服系统、输入输出系统和外部设备组成。 采用VALⅡ作为编程语言， 例如语句“APPRO PART， 50” 表示手部运动到PART 上方50 mm 处。 PART 的位置可以键入也可示教。 VAL 具有连续轨迹运动和矩阵变换的功能。

图6-2-1　装配机器人

SCARA 机器人。 大量的装配作业是垂直向下的， 它要求手爪的水平移动(X， Y) 有较大的柔顺性， 以补偿位置误差。 而垂直移动(Z) 以及绕水平轴转动则有较大的刚性， 以便准确有力地装配。 另外， 还要求绕Z 轴转动有较大的柔顺性， 以便与键或花键配合。 日本山梨大学研制出SCARA 机器人， 它的结构特点满足了上述要求[图6-2-1 (b)]。 其控制系统也比较简单， 如SR-3000 机器人采用微处理机对θ1、θ2、Z 三轴(直流伺服电动机) 实现半闭环控制， 对s 轴(步进电动机) 进行开环控制。 编程语言采用与BASIC 相近的SERF。 最新版本即第四代具有坐标变换、直线和圆弧插补、任意速度设定、以文字命名的子程序以及检错等功能。 SCARA 机器人是目前应用较多的类型之一。

装配机器人在不同装配生产线上发挥着强大的装配作用， 装配机器人大多由4 ～6 轴组成， 目前市场上常见的装配机器人， 按臂部运动形式可分为直角式装配机器人和关节式装配机器人， 关节式装配机器人又可分为水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式， 如图6-2-2 所示。

图6-2-1　装配机器人

SCARA 机器人。 大量的装配作业是垂直向下的， 它要求手爪的水平移动(X， Y) 有较大的柔顺性， 以补偿位置误差。 而垂直移动(Z) 以及绕水平轴转动则有较大的刚性， 以便准确有力地装配。 另外， 还要求绕Z 轴转动有较大的柔顺性， 以便与键或花键配合。 日本山梨大学研制出SCARA 机器人， 它的结构特点满足了上述要求[图6-2-1 (b)]。 其控制系统也比较简单， 如SR-3000 机器人采用微处理机对θ1、θ2、Z 三轴(直流伺服电动机) 实现半闭环控制， 对s 轴(步进电动机) 进行开环控制。 编程语言采用与BASIC 相近的SERF。 最新版本即第四代具有坐标变换、直线和圆弧插补、任意速度设定、以文字命名的子程序以及检错等功能。 SCARA 机器人是目前应用较多的类型之一。

装配机器人在不同装配生产线上发挥着强大的装配作用， 装配机器人大多由4 ～6 轴组成， 目前市场上常见的装配机器人， 按臂部运动形式可分为直角式装配机器人和关节式装配机器人， 关节式装配机器人又可分为水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式， 如图6-2-2 所示。

图6-2-2　装配机器人类型

(a) 直角式； (b) 水平串联关节式； (c) 垂直串联关节式； (d) 并联关节式

直角式装配机器人又称单轴机械手， 以XYZ 直角坐标系为基本数学模型， 整体结构模块化设计， 如图6-2-3 所示。 直角式装配机器人是目前工业机器人中最简单的一类， 具有操作简便、编程简单等优点， 可用于零部件移送、简单插入、旋拧等作业， 机构上多装备球形螺钉和伺服电动机， 具有速度快、精度高等特点， 装配机器人多为龙门式和悬臂式(可参考搬运机器人相应部分)。

关节式装配机器人是目前装配生产线上应用最广泛的一类机器人， 具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点， 适合几乎任何轨迹或角度工作， 编程自由， 动作灵活， 易实现自动化生产。

(1) 水平串联关节式装配机器人亦称为平面关节型装配机器人或SCARA 机器人， 是目前装配生产线上应用数量最多的一类装配机器人。 它属于精密型装配机器人， 具有速度快、精度高、柔性好等特点， 驱动多为交流伺服电动机， 可保证其有较高的重复定位精度， 广泛应用于电子、机械和轻工业等产品的装配， 满足工厂柔性化生产需求， 如图6-2-4 所示。

图6-2-2　装配机器人类型

(a) 直角式； (b) 水平串联关节式； (c) 垂直串联关节式； (d) 并联关节式

直角式装配机器人又称单轴机械手， 以XYZ 直角坐标系为基本数学模型， 整体结构模块化设计， 如图6-2-3 所示。 直角式装配机器人是目前工业机器人中最简单的一类， 具有操作简便、编程简单等优点， 可用于零部件移送、简单插入、旋拧等作业， 机构上多装备球形螺钉和伺服电动机， 具有速度快、精度高等特点， 装配机器人多为龙门式和悬臂式(可参考搬运机器人相应部分)。

关节式装配机器人是目前装配生产线上应用最广泛的一类机器人， 具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点， 适合几乎任何轨迹或角度工作， 编程自由， 动作灵活， 易实现自动化生产。

(1) 水平串联关节式装配机器人亦称为平面关节型装配机器人或SCARA 机器人， 是目前装配生产线上应用数量最多的一类装配机器人。 它属于精密型装配机器人， 具有速度快、精度高、柔性好等特点， 驱动多为交流伺服电动机， 可保证其有较高的重复定位精度， 广泛应用于电子、机械和轻工业等产品的装配， 满足工厂柔性化生产需求， 如图6-2-4 所示。

图6-2-3　直角式装配机器人装配缸体(www.xing528.com)

图6-2-3　直角式装配机器人装配缸体

图6-2-4　水平串联关节式装配机器人拾放超薄硅片

(2) 垂直串联关节式装配机器人多为6 个自由度， 可在空间任意位置确定任意位姿，面向对象多为三维空间的任意位置和姿势的作业。

(3) 并联关节式装配机器人亦称拳头机器人、蜘蛛机器人或Delta 机器人， 是一种轻型、结构紧凑的高速装配机器人， 可被安装在任意倾斜角度上， 独特的并联机构可实现快速、敏捷动作且减少非累积定位误差。 目前在装配领域， 并联式装配机器人有两种形式可供选择， 即三轴手腕(合计六轴) 和一轴手腕(合计四轴)， 具有小巧高效、安装方便、精准灵敏等优点， 广泛应用于IT、电子装配等领域。

通常装配机器人本体与搬运、焊接、涂装机器人本体在精度制造上有一定的差别， 原因在于机器人在完成焊接、涂装作业时， 没有与作业对象接触， 只需示教机器人运动即可， 而装配机器人需与作业对象直接接触， 并进行相应动作。 搬运机器人在移动物料时运动轨迹多具有开放性， 而装配作业是一种约束运动类操作， 即装配机器人精度要高于搬运、焊接和涂装机器人。 尽管装配机器人在本体上与其他类型机器人有所区别， 但在实际应用中无论是直角式装配机器人还是关节式装配机器人都有如下特性：

(1) 能够实时调节生产节拍和末端执行器动作状态。

(2) 可更换不同末端执行器以适应装配任务的变化， 方便、快捷。

(3) 能够与零件供给器、输送装置等辅助设备集成， 实现柔性化生产。

(4) 多带有传感器， 如视觉传感器、触觉传感器、力传感器等， 以保证精准完成装配任务。

图6-2-4　水平串联关节式装配机器人拾放超薄硅片

(2) 垂直串联关节式装配机器人多为6 个自由度， 可在空间任意位置确定任意位姿，面向对象多为三维空间的任意位置和姿势的作业。

(3) 并联关节式装配机器人亦称拳头机器人、蜘蛛机器人或Delta 机器人， 是一种轻型、结构紧凑的高速装配机器人， 可被安装在任意倾斜角度上， 独特的并联机构可实现快速、敏捷动作且减少非累积定位误差。 目前在装配领域， 并联式装配机器人有两种形式可供选择， 即三轴手腕(合计六轴) 和一轴手腕(合计四轴)， 具有小巧高效、安装方便、精准灵敏等优点， 广泛应用于IT、电子装配等领域。

通常装配机器人本体与搬运、焊接、涂装机器人本体在精度制造上有一定的差别， 原因在于机器人在完成焊接、涂装作业时， 没有与作业对象接触， 只需示教机器人运动即可， 而装配机器人需与作业对象直接接触， 并进行相应动作。 搬运机器人在移动物料时运动轨迹多具有开放性， 而装配作业是一种约束运动类操作， 即装配机器人精度要高于搬运、焊接和涂装机器人。 尽管装配机器人在本体上与其他类型机器人有所区别， 但在实际应用中无论是直角式装配机器人还是关节式装配机器人都有如下特性：

(1) 能够实时调节生产节拍和末端执行器动作状态。

(2) 可更换不同末端执行器以适应装配任务的变化， 方便、快捷。

(3) 能够与零件供给器、输送装置等辅助设备集成， 实现柔性化生产。

(4) 多带有传感器， 如视觉传感器、触觉传感器、力传感器等， 以保证精准完成装配任务。