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關(guān)鍵詞：協(xié)作機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人
工博士機(jī)器人配圖
一、協(xié)作機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域詳解
協(xié)作型機(jī)器人作為一種新型的工業(yè)機(jī)器人，掃除了人機(jī)協(xié)作的障礙，讓機(jī)器人徹底擺脫護(hù)欄或圍籠的束縛，其開(kāi)創(chuàng)性的產(chǎn)品性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展開(kāi)啟了新時(shí)代。
協(xié)作機(jī)器人因?yàn)榫邆涓甙踩�、高靈活性和高精度，且滿(mǎn)足即插即用、編程簡(jiǎn)單直觀、操作簡(jiǎn)單，讓非專(zhuān)業(yè)人員也能快速掌握并使用的特征，因此也成為成為推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)高速發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。那么協(xié)作機(jī)器人主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢？
1、傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用
許多傳統(tǒng)應(yīng)用都因能夠重復(fù)作業(yè)、完成繁重體力勞動(dòng)的協(xié)作機(jī)器人而受益無(wú)窮，例如：裝配、裝載/卸載、包裝、分揀、分發(fā)、打磨和拋光應(yīng)用。隨著機(jī)器人在各種規(guī)模的企業(yè)中的采用率日漸增加，機(jī)器人不再僅為大型工業(yè)制造商所用。
2、遠(yuǎn)程安全和監(jiān)控
協(xié)作機(jī)器人將在遠(yuǎn)程安全和監(jiān)控領(lǐng)域帶來(lái)一個(gè)振奮人心的機(jī)遇。此應(yīng)用結(jié)合了各種不同的技術(shù)，包括移動(dòng)機(jī)器人、傳感和視頻監(jiān)控。協(xié)作機(jī)器人無(wú)需外部安全屏障，隨著此類(lèi)機(jī)器人的部署數(shù)目不斷增加，從中受益的應(yīng)用也日漸增多。如今，我們已看到了協(xié)作機(jī)器人給工業(yè)設(shè)置、復(fù)雜/危險(xiǎn)應(yīng)用、倉(cāng)儲(chǔ)和物流，以及安全和監(jiān)控領(lǐng)域帶來(lái)的明顯益處。
3、復(fù)雜且危險(xiǎn)的應(yīng)用
協(xié)作型、復(fù)雜感測(cè)機(jī)器人不僅能夠在操作員身邊協(xié)作，還支持在難以部署傳統(tǒng)機(jī)器人的復(fù)雜、危險(xiǎn)應(yīng)用場(chǎng)合中作業(yè)。在諸如噴涂或去除大型艦船的油漆等應(yīng)用中，通常操作員通常面臨各種危險(xiǎn)，包括化學(xué)品和高空墜落。而現(xiàn)在，可以部署機(jī)器人完成此工作，而無(wú)需執(zhí)行在艦船上安裝導(dǎo)桿、軌道或傳感器這樣過(guò)于復(fù)雜的任務(wù)。另一個(gè)應(yīng)用是災(zāi)難恢復(fù)機(jī)器人，即部署機(jī)器人在陌生且險(xiǎn)峻的地形中執(zhí)行任務(wù)。
4、外科手術(shù)應(yīng)用
降低風(fēng)險(xiǎn)、縮短手術(shù)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間依然是外科手術(shù)機(jī)器人的關(guān)注焦點(diǎn)。通過(guò)改善常規(guī)腹腔鏡檢查和關(guān)節(jié)鏡檢查技術(shù)，外科手術(shù)機(jī)器人在手術(shù)室人員身邊以及對(duì)患者進(jìn)行安全作業(yè)的同時(shí)，能夠?yàn)橥饪漆t(yī)生提供更高的可見(jiàn)性、敏捷度、準(zhǔn)確性和舒適度。
如今的外科手術(shù)機(jī)器人能夠減少手術(shù)創(chuàng)傷，改善患者療效，縮短接受前列腺、心臟、婦科手術(shù)和其他手術(shù)的患者的術(shù)后住院時(shí)間。隨著新外科手術(shù)的開(kāi)發(fā)、全球需求的增加，以及協(xié)作技術(shù)繼續(xù)創(chuàng)新，外科手術(shù)機(jī)器人發(fā)展?jié)摿o(wú)限。
二、工業(yè)自由度并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域介紹
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類(lèi)指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度;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;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?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。
自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)種類(lèi)較多，形式較復(fù)雜，主要有三自由度和六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。其特點(diǎn)有：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；（2）無(wú)累計(jì)誤差，精度高；（3）占用空間��；（4）速度快，運(yùn)動(dòng)性能佳；（5）部件磨損小，壽命長(zhǎng)。
工業(yè)自由度并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域
并聯(lián)機(jī)構(gòu)多用于需要高剛度、高精度、高速度，無(wú)需大空間的場(chǎng)合，具體應(yīng)用包括：
1、食品、醫(yī)藥、電子、化工行業(yè)的分揀、搬運(yùn)、裝箱等。
2、模擬運(yùn)動(dòng);如飛行員三維空間訓(xùn)練模擬器;工程模擬器，如船用搖擺臺(tái)等;檢測(cè)產(chǎn)品在模擬的反復(fù)沖擊、振動(dòng)下的運(yùn)行可靠性;娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)。
3、并聯(lián)機(jī)床
4、對(duì)接動(dòng)作;如宇宙飛船的空間對(duì)接;汽車(chē)裝配線(xiàn)上的車(chē)輪安裝;醫(yī)院中的假肢接骨。
5、承載運(yùn)動(dòng);如大扭矩螺栓緊固;短距離重物搬運(yùn)。
6、金屬切削加工;可應(yīng)用于各類(lèi)銑床、磨床鉆床或點(diǎn)焊機(jī)、切割機(jī)。
7、可用于測(cè)量機(jī)，用來(lái)作為其他機(jī)構(gòu)的誤差補(bǔ)償器
8、微操作機(jī)器人;用于微動(dòng)機(jī)構(gòu)或者微型機(jī)構(gòu)
9、機(jī)器人關(guān)節(jié);可用作機(jī)器人的關(guān)節(jié)，爬行機(jī)構(gòu)、食品、醫(yī)藥包裝和移載機(jī)械手等
隨著近年國(guó)內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展，涌現(xiàn)大量并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)，在市場(chǎng)和人才的共同作用下，國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人也大有趕超國(guó)外之勢(shì)，并且國(guó)內(nèi)擁有國(guó)外很多無(wú)法具備的先天優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)格成本、技術(shù)更新以及市場(chǎng)促進(jìn)都在激勵(lì)這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。
三、協(xié)作機(jī)器人的主要特點(diǎn)有哪些？
協(xié)作機(jī)器人是為與人直接交互而設(shè)計(jì)的機(jī)器人，即一種被設(shè)計(jì)成能與人類(lèi)在共同工作空間中進(jìn)行近距離互動(dòng)的機(jī)器人，近幾年協(xié)作機(jī)器人開(kāi)始獲得廣泛關(guān)注。
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人是在安全圍欄或其他保護(hù)措施之下，完成諸如焊接、噴涂、搬運(yùn)碼垛、拋光打磨等高精度、高速度的操作。而協(xié)作機(jī)器人打破了傳統(tǒng)的全手動(dòng)和全自動(dòng)的生產(chǎn)模式，能夠直接與操作人員在同一條生產(chǎn)線(xiàn)上工作，卻不需要使用安全圍欄與人隔離。
協(xié)作機(jī)器人的主要特點(diǎn)有：
（1）輕量化：使機(jī)器人更易于控制，提高安全性。
（2）友好性：保證機(jī)器人的表面和關(guān)節(jié)是光滑且平整的，無(wú)尖銳的轉(zhuǎn)角或者易夾傷操作人員的縫隙。
（3）部署靈活：機(jī)身能夠縮小到可放置在工作臺(tái)上的尺寸，可安裝于任何地方。
（4）感知能力：可感知周?chē)沫h(huán)境，并根據(jù)環(huán)境的變化改變自身的動(dòng)作行為。
（5）人機(jī)協(xié)作：具有敏感的力反饋特性，當(dāng)達(dá)到已設(shè)定的力時(shí)會(huì)立即停止，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后可不需要安裝保護(hù)欄，使人和機(jī)器人能協(xié)同工作。
（6）編程方便：對(duì)于一些普通操作者和非技術(shù)背景的人員來(lái)說(shuō)，都非常容易進(jìn)行編程與調(diào)試。
（7）使用成本低：基本上不需要維護(hù)保養(yǎng)的成本投入，機(jī)器人本體功耗較低。
協(xié)作型機(jī)器人作為一種新型的工業(yè)機(jī)器人，掃除了人機(jī)協(xié)作的障礙，讓機(jī)器人徹底擺脫護(hù)欄或圍籠的束縛，其開(kāi)創(chuàng)性的產(chǎn)品性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展開(kāi)啟了新時(shí)代。
四、并聯(lián)機(jī)器人按并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)分類(lèi)
從運(yùn)動(dòng)形式來(lái)看，并聯(lián)機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)；細(xì)分可分為平面移動(dòng)機(jī)構(gòu)、平面移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間純移動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間純轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和空間混合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),另可按并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)分類(lèi)：
（1）、2 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
2 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如5-R、3-R-2-P（R 表示轉(zhuǎn)動(dòng)副，P 表示移動(dòng)副）平面5桿機(jī)構(gòu)是最典型的2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這類(lèi)機(jī)構(gòu)一般具有2 個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
（2）、3 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
3 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各類(lèi)較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR 機(jī)構(gòu)、3-RPR 機(jī)構(gòu)，它們具有2個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)；球面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR 球面機(jī)構(gòu)、3-UPS-1-S 球面機(jī)構(gòu)，3-RRR 球面機(jī)構(gòu)所有運(yùn)動(dòng)副的軸線(xiàn)匯交空間一點(diǎn)，這點(diǎn)稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的中心，而3-UPS-1-S 球面機(jī)構(gòu)則以S的中心點(diǎn)為機(jī)構(gòu)的中心，機(jī)構(gòu)上的所有點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都是繞該點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；
3 維純移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如Star Like 并聯(lián)機(jī)構(gòu)、Tsai 并聯(lián)機(jī)構(gòu)和DELTA 機(jī)構(gòu)，該類(lèi)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解都很簡(jiǎn)單，是一種應(yīng)用很廣泛的3維移動(dòng)空間機(jī)構(gòu)；空間3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如典型的3-RPS 機(jī)構(gòu)，這類(lèi)機(jī)構(gòu)屬于欠秩機(jī)構(gòu)，在工作空間內(nèi)不同的點(diǎn)其運(yùn)動(dòng)形式不同是其最顯著的特點(diǎn)，由于這種特殊的運(yùn)動(dòng)特性，阻礙了該類(lèi)機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用；還有一類(lèi)是增加輔助桿件和運(yùn)動(dòng)副的空間機(jī)構(gòu)，如德國(guó)漢諾威大學(xué)研制的并聯(lián)機(jī)床采用的3-UPS-1-PU 球坐標(biāo)式3 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由于輔助桿件和運(yùn)動(dòng)副的制約，使得該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有1 個(gè)移動(dòng)和2 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)（也可以說(shuō)是3個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。
（3）、4 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
4 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多不是完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如2-UPS-1-RRRR 機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)3 個(gè)支鏈與定平臺(tái)相連，有2個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)窍嗤�，各具�? 個(gè)虎克鉸U ，1 個(gè)移動(dòng)副P(pán) ，其中P 和1 個(gè)R 是驅(qū)動(dòng)副，因此這種機(jī)構(gòu)不是完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
（4）、5 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)有的5 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如韓國(guó)Lee的5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有雙層結(jié)構(gòu)（2 個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)合）。
（5）、6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類(lèi)，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。但這類(lèi)機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒(méi)有或沒(méi)有完全得到解決，比如其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、動(dòng)力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類(lèi)機(jī)構(gòu)必須具有6個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，也有擁有3 個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-PRPS 和3-URS 等機(jī)構(gòu)，還有在3 個(gè)分支的每個(gè)分支上附加1個(gè)5桿機(jī)構(gòu)作這驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。
五、并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人相比的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
機(jī)器人從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度可以分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人兩大類(lèi)。串聯(lián)機(jī)器人以開(kāi)環(huán)機(jī)構(gòu)為機(jī)器人機(jī)構(gòu)原型；并聯(lián)機(jī)器人為有一個(gè)或幾個(gè)閉環(huán)組成的關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)相互關(guān)聯(lián)的機(jī)器人。
什么是串聯(lián)機(jī)器人？
串聯(lián)機(jī)器人是一種開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)器人，它是由一系列連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)或移動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)形成的。采用驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)連桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使末端焊槍達(dá)到合適的位姿。
什么是并聯(lián)機(jī)器人？
并聯(lián)機(jī)器人是指動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的自由度，以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)的機(jī)器人。
并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，它是一個(gè)封閉的運(yùn)動(dòng)鏈，和串聯(lián)機(jī)器人相比較，一般由上下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和兩條或者兩條以上運(yùn)動(dòng)支鏈構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)支鏈之間構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變各個(gè)支鏈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使整個(gè)機(jī)構(gòu)具有多個(gè)可以操作的自由度。
并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人相比的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
1、簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，串聯(lián)機(jī)器人就像人的一個(gè)手拿東西，而并聯(lián)機(jī)器人就相當(dāng)于兩個(gè)手一起端東西。
2、串聯(lián)機(jī)器人研究得較為成熟，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)空間大等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如各種機(jī)床，裝配車(chē)間等。
3、并聯(lián)機(jī)器人的研究與串聯(lián)機(jī)器人相比起步較晚，還有很多理論問(wèn)題沒(méi)有解決。
4、并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大，承載能力強(qiáng)，精度高，末端件慣性小等優(yōu)點(diǎn)，在高速，大承載能力的場(chǎng)合，與串聯(lián)機(jī)器人相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。已有很多成功應(yīng)用的案例。比如運(yùn)動(dòng)模擬器，delta機(jī)器人等。
機(jī)器人應(yīng)用
機(jī)器人、立體倉(cāng)儲(chǔ)等自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)的工作精度、工作效率有時(shí)是人工操作所達(dá)不到的。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界機(jī)器人水平越來(lái)越高，越來(lái)越智能，它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
那么機(jī)器人主要用于哪些行業(yè)和領(lǐng)域呢？機(jī)器人同立體倉(cāng)儲(chǔ)、智能控制系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)、智能識(shí)別等系統(tǒng)一樣，其任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)工作的工作。
機(jī)器人在鐵路公路隧道、礦山巷道、地下洞庫(kù)、油田防波堤護(hù)坡工程等生產(chǎn)、建筑領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，而在世界各國(guó)也正積極研發(fā)，嘗試機(jī)器人在戰(zhàn)爭(zhēng)軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。
以上內(nèi)容，就是本文講的協(xié)作機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人，協(xié)作機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域詳解，工業(yè)自由度并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域介紹，協(xié)作機(jī)器人的主要特點(diǎn)有哪些？并聯(lián)機(jī)器人按并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)分類(lèi)，并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人相比的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？歡迎補(bǔ)充留言，謝謝。
