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工業機器人的機械結構和發展

時間:2022-06-07 來源:艾而特

工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱,是一種多關節機械手或多自由度的機器裝置,通過編程或示教等方式,可以擁有一定的自動性,依靠自身的動力能源和控制能力,實現各種加工制造功能,替代人類完成繁重、重復、有害等各方面的工作。工業機器人目前已被廣泛應用于電子、物流、化工等各個工業領域之中。

工業機器人

若以機械結構來看,工業機器人可區分為單軸機器人、座標機器人、水平多關節機器人( SCARA )、垂直多關節機器人以及并聯式機器人( DELTA )等,以下依序就這五種類型來說明。

  1、單軸機器人

  單軸機器人一般分為兩種傳動方式,一為滾珠螺桿傳動,二為同步齒形帶(簡稱:同步帶)傳動,兩種皆是以直線導軌做為導向,并配合伺服電機或步進電機,來實現不同應用領域的定位、移載、搬運等等。透過不同的組合樣式,還可以實現兩軸、三軸、龍門式的組合。

  單軸機器人的應用領域涵蓋半導體、家電、醫療、汽車、包裝、點膠機、焊接、切割、檢測等自動化應用領域,而臺灣的上銀科技在單軸機器人的市場名列全球前三。

  2、直角座標機器人

  直角座標機器人是基于 X、Y、Z 直角座標,在各座標的長度范圍內進行工作或運動,適用于搬運、取放等作業,可應用的領域包括射出成型機取出用手臂、移動并定位、堆迭、鎖螺絲、切割、裝夾、壓入、插取、裝配、自動藥房等。

  臺灣機器人相關業者數量約有 80 家,現有 40 家以上的業者可從事座標機器人相關設備的設計開發,所使用的關鍵零組件國產化程度較高。在射出成型機取出用機械手臂中,天行自動化( Alfa )與臺灣精銳( Apex )為該領域之領先業者,并在中國大陸具有一定的市場占有率。

  3、水平多關節( SCARA )機器人

  水平多關節機器人( Selective Compliance Assembly Robot Arm; 縮寫 SCARA ),是一種圓柱座標型的特殊類型工業機器人。一般有 4 個自由度,包含沿 X、Y、Z 方向的平移和繞Z軸的旋轉。

  SCARA 機器人的特點是負載小、速度快,因此其主要應用在快速分揀、精密裝配等 3C 行業或是食品行業等領域。例如 IC 產業的晶圓、面板搬運、電路板運送、電子元件的插入組裝都可以看到 SCARA 機器人的蹤跡。國外廠商包含 EPSON、IAI、DENSO 等日廠。國內廠商則有臺達電、東佑達、上銀。

  4、垂直多關節機器人

  垂直多關節機器人,有相當高的自由度,適用于任何軌跡或角度的工作。其具有三維運動的特性,可做到高階非線性運動,是目前最廣泛應用的自動化機械裝置,常用于汽車制造商、汽車零組件與電子相關產業。

  上銀科技、和樁科技、鴻海集團均在國際機器人展覽中推出自有品牌之六軸多關節機器人,然而關鍵零組件諧波減速機( Harmonic Drive )仍需外國進口,所以在價格上較不具競爭力。

  5、并聯式( DELTA )機器人

  并聯式機器人亦稱為 DELTA 機器人,透過上平臺之三組動力結構帶動主動臂與被動臂至末端平臺進行位移,并可在末端搭載第四軸或是自上平臺連結第四軸作為旋轉軸。

  由于其構造簡單,在移動上能達到最短路程,機構也容易小型化,可達到高速高精度的控制,因此主要應用于高速取放、篩選作業,主要應用于食品業、電子檢料、制藥、包裝等用途。一般情況下,一個并聯機器人可以替代 4 - 6 個人工,幫助用戶有效提高生產效率,降低生產成本。

工業機器人在智能制造中的應用

工業機器人誕生于上世紀50年代末,并快速在范圍流行和發展。由于人口結構的變化和芳動力成本的不斷提高,大量的勞動密集型產業也在不斷的轉型與升級。工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱,工業機器人是一種通過編程或示教實現自動運行,具有多關節或多自由度,并且具有一定感知功能,如視覺、力覺、位移檢測等,從而實現對環境和工作對象自主判斷和決策,能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環境下體力勞動的自動化機器。

工業機器人及成套設備可廣泛地應用于工業各個生產環節,如焊接、機械加工、搬運、裝配、分揀、噴涂等。工業機器人及成套設備的應用不僅能將工人從繁重或有害的體力勞動中解放出來,解決當前勞動力短缺問題,而且能夠提高生產效率和產品質量,增強企業整體競爭力。


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