工业机械人知多少

工 业机械人是机械人中的大家族，如果你在电视上看过工业生产线，你一定对工业机械人有所了解，也会对机械人准确及灵活的动作所惊叹。在机械人家族中，有 90%是工业机械人，它们在工业生产线中发挥着巨大的作用。美国机械人学会就曾对工业机械人作了以下描述：机械人是一个可以编程的多功能机械手，能移动材 料、零件、工具或是特殊装置，通过可变的编程完成不同的任务。因此可以说，只要是能够通过编程，完成人的基本功能的机械手都可以称只为机械人。

多功能的工业机械人

工业机械人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是在危险、恶劣环境下作业。例如：压力铸造、高热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。

工业机械人的结构

工 业机械人主要由3个基本部分组成：主体、驱动系统和控制系统。1)主体﹕即机座和执行结构，包括臂部、腕部和手部，有的机械人还有行走机构。大多数工业机 械人有3至6个运动自由度，其中腕部通常有1至3个运动自由度。2)驱动系统﹕包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。3)控制系统﹕按 照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号、并进行控制。

而根据其运动及控制机能可分为「点位型」和「连续轨迹型」。「点位型」即执行部分会准确定位由一点移到另一点，适用于点焊和一般搬运、装卸等作业。「连续轨迹型」指执行部分会按设定轨迹运动，如连续焊接、喷漆和切割等工作。

为机械人编写程序

工 业机械人按程序输入方式可区分有「编程输入」和「示教输入」两类。「编程输入」是将编好的程序储存到机械人的内存上，但早期的是以穿孔卡、穿孔带或磁带 方式储存。「示教输入」是只透过控制器控制或人手直接领动执行的机械部分按要求的动作顺序和运动轨迹演示一次。过程中机械人会将其运动转化成信息并存储起 来。以上两种输入，都可以让机械人在自动工作时，根据已储存的指令再次演示出来。

各类实用工业机械人

最 常用的配置工业机械人主要有水平关节机械人(SCARA robots)和起重台架机械人(Gantry Robots)。平面关节型机械人即可动关节只以水平方向移动，它是一种精密型装配机械人，特点是速度快、精确度高、柔性好。可应用于电子、机械和轻工业 等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。

起重台架机械人是将机械臂装置在一条可滑行轨道的上，而机械臂就只能在轨道的范围内滑行。这样的组合可使机械臂在狭窄的环境下仍可高速移动。如有有足够空间及灵活地运用其特点，同样可达到生产自动化并适用于不同的制造中。

强壮的工业机械臂

提到工业机械人就离不开机械臂，美国机械协会把机械臂定义为可再更新程序的多功能操作器。它的主要用途是透过可更改的程序代码，并可在不同的工作环境下移动原料、工件、工具和其它重要的设备。

采用机械手可以代替人作繁重劳动，实现生产机械化和自动化，能在有害环境下进行操作，保障工人安全。机械手广泛用于机械制造、冶金、轻工和原子能等部门。机械手常用作机床的附加装置，如在自动机床和自动生产在线装卸和传送工件，在加工中心上更换刀具等。

机械臂结构

机 械手主要由手部和运动部分组成，手部结构可根据被操持对象的重量、形状、材质和作业要求设计成不同类型，主要有夹持型、托持型和吸附型等。1)夹持型﹕由 手指及其驱动装置组成，分外夹式和内撑式。外夹式使用广泛，手指一般呈夹钳形﹐夹持圆柱体对象时手指通常带有V型面。多手指外夹式的手部适用于长轴类工 件。内撑式手部用于以内孔作为抓取部位的工件。2)托持型﹕由手部托持而不夹紧，通常用于没有精确定位要求的场合。3)吸附型﹕有气吸盘式和磁吸盘式两 类。气吸盘能吸取表面较平滑的对象﹕磁吸盘只适用于磁性对象。

运动机构使手部完成各种转动、移动或复合运动，以实现规定的动作，改变被操持对象的位置和姿势。运动机构所能实现的升降、伸缩、旋转等独立的运动方式，称 为机械手的自由度。多数专用机械手有2至3个自由度。运动机构由液压、气动、电气装置驱动，或藉助主机的动力通过凸轮机构、连杆机构等机械装置传动。

机械臂往往附属于主机，一般没有独立的控制装置。某些需要由人直接操纵的操作装置，如用于原子能部门操持危险品的主从式操作手也常被称为机械手。

日制先进机械臂

日 本安川电机成功开发了产业机械人“MOTOMAN-DA20”，它具有绕垂直轴旋转的关节的机身及身上配备了两个六轴驱动臂的机械人。由于它实现了接近人 类两臂的动作及构造，因此可以稳定地搬运工件。而且还可从事紧固螺母以及部件的组装和插入等作业。另外，与协调控制两个机械臂相比，其设置面积更小。单臂 负重能力为20kg，双臂可最大搬运40kg的工件。DA20在关节部位均配备了新开发的伺服马达。该马达采用减速器及制动器为一体的设计。右图 : MOTOMAN-DA20有接近人类两臂的动作及构造

新一代工业机械人

机械人一般可分成三种，一是示教再现型，这是比较简单的机械人，可以对人类演示教育的动作给予再现、重复；二是具有感知功能的机械人，具有触觉、视觉等感观功能，可根据外界环境变化自动调节；三是智慧机械人，也就是具有一定思维和情绪的机械人。

新 一代的工业机械人都趋向以下发展：1)主张多台机械人一同协调动作，以增进工作效率。2)引进智能型控制技术，当中包含3-D 图像处理、力量控制及碰撞侦测(Collision Detection)等功能。3)洁净室应用：如半导体厂制程之晶圆存取、搬运或液晶显示器制程中LCD Panel 的搬运。4)新安装的工业机械人以技术层次较高的多轴机械人为主道。

新形洁净室机械人

今 年工业机械人生产商KUKA Robotics公司就推出了一系列洁净室机械人，它们是专门针对半导体生产加工、测试和操作应用而设计的。适用于整个半导体制造处理工艺中的芯片和积体 电路处理，以及其他的测试、封装、操作和处理应用。而且该系列的机械人均为六轴设计，以其动作更灵巧。

时间继电器

最 常见的继电器要数热继电器（Thermal relay），它可作为交流电动机过载保护的继电器。双金属片式热继电器是其中一种，它主要由电阻发热组件、双金属片、动触点、静触点以及动作机构等组 成。它是利用双金属片受热弯曲特性而控制电器通电断电的器件。当热继电器快速地控制电路的通断时，它可成为自动的闪灯开关，如用于汽车方向灯、灯塔、节日 灯饰及广告灯等。

KUKA Robotics洁净室机械人

装上传感器的工业机械人

工业机械人中，传感器的作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机械人还应用了视觉、力觉等传感器；如生产工序有需要的话，更会装上听觉、触觉等传感器。

有 视觉的机械人会对工作场景的变化作出反应，从而提高生产效率。工业机械人的视觉是透过安装的光学传感器，它使机械人能更具适应力，并完成更为复杂的工作。 Ｑｕｉｓｓ便是其中一间为汽车制造业和包装业提供机械眼的公司。该公司先后研制出多种视觉技术的机械眼令机械人可以发现并修正车身装配过程中的偏差，并配 合光学传感器，使机械人可辨认方向和距离。此外，这种技术也可用于质检。从前只可透过人手对产品进行抽查，现在有视觉的工业机械人可随时发现产品上的磕痕 或裂痕等，并挑出不达标的产品。

 机械人正在检验产品

日 本山崎马扎克开发出一种「智慧主轴」，它可通过在主轴上的多种传感器，并通过NC装置对传感器信息进行处理，能对故障等做到防患于未然。 主轴上装有温度、振动、位移和距离等多种传感器。传感器信号由NC装置对进行不间断监控。在温度升高、振动加剧、夹具寿命即将到期时可起到预防保护作用。 另外，发生异常振动或夹具有错误时，能够立刻关机，确保安全。对于热位移，可通过修正，进行高精度加工。厂商更准备开发更先进的智能化功能，如主轴振动一 旦增大，就会自动降低转速，改变加工条件。反过来，如果在温度和振动方面还有余地，就会加大转速，提高加工效率。