協(xié)作機(jī)器人旨在與人類在共享工作空間中一起工作，通常不需要物理屏障或安全籠。協(xié)作機(jī)器人配備了先進(jìn)的安全功能，例如力和扭矩傳感器，使它們能夠檢測并響應(yīng)與人類或物體的意外接觸。這使它們能夠在靠近人類工人的情況下安全操作，提高生產(chǎn)力和效率，同時(shí)降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

圖 4：FANUC 的協(xié)作機(jī)器人在工業(yè)環(huán)境中與人類工人無縫協(xié)作。

協(xié)作機(jī)器人通常比傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人更緊湊、更輕，因此更容易集成到現(xiàn)有工作空間中。它們還被設(shè)計(jì)為用戶友好型，具有直觀的編程界面，使工人能夠快速學(xué)習(xí)并適應(yīng)他們的操作。這減少了對專門培訓(xùn)的需求，并使更廣泛的用戶可以使用協(xié)作機(jī)器人。

協(xié)作機(jī)器人的一種常見應(yīng)用是輔助裝配，其中機(jī)器人和人類工人協(xié)作完成零件插入、擰緊或粘合等任務(wù)。協(xié)作機(jī)器人可以處理重復(fù)性或體力要求較高的任務(wù)，而人類工人則專注于需要更多靈活性、判斷力或創(chuàng)造力的任務(wù)。人類和機(jī)器人能力的結(jié)合可以提高生產(chǎn)力并減少工人的疲勞。

協(xié)作機(jī)器人的另一個(gè)應(yīng)用是機(jī)器維護(hù)，機(jī)器人從機(jī)器（例如數(shù)控銑床或注塑機(jī)）上裝載和卸載零件。協(xié)作機(jī)器人可以通過編程以高精度和一致性執(zhí)行這些任務(wù)，從而使人類工人能夠?qū)Ｗ⒂诟鼜?fù)雜的任務(wù)，例如質(zhì)量控制或流程優(yōu)化。

協(xié)作機(jī)器人還被用于拾取和放置應(yīng)用，它們可以快速、準(zhǔn)確地將物品從一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置。這在電子制造等行業(yè)特別有用，在這些行業(yè)中，精度和速度對于維持高產(chǎn)量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，協(xié)作機(jī)器人的能力預(yù)計(jì)將得到擴(kuò)展，使它們能夠承擔(dān)更復(fù)雜的任務(wù)，并與人類工人更緊密地合作。人類和機(jī)器人之間的這種協(xié)作有可能徹底改變各個(gè)行業(yè)的工作方式，從而提高效率、生產(chǎn)力和工人滿意度。

機(jī)器人部件

機(jī)器人的基本組件是其操作不可或缺的一部分。這些關(guān)鍵要素協(xié)同工作，使機(jī)器人能夠?qū)Ш?、處理信息和?zhí)行任務(wù)。本節(jié)介紹機(jī)器人系統(tǒng)的一些關(guān)鍵組件。

機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是其設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵方面，因?yàn)樗鼪Q定了機(jī)器人的運(yùn)動范圍、穩(wěn)定性和整體性能。該結(jié)構(gòu)通常由一系列互連的連桿和關(guān)節(jié)組成，形成機(jī)器人的運(yùn)動鏈。這條鏈允許機(jī)器人在其環(huán)境中移動和操縱物體。

機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要有兩種：串行和并行

串行機(jī)器人結(jié)構(gòu)由一系列端到端連接的連桿組成，每個(gè)連桿由單個(gè)關(guān)節(jié)連接。這種配置允許大范圍的運(yùn)動，因?yàn)槊總€(gè)關(guān)節(jié)都有助于機(jī)器人的整體自由度。串行結(jié)構(gòu)常用于關(guān)節(jié)型機(jī)器人，例如工業(yè)機(jī)器人手臂和人形機(jī)器人。串行結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是其靈活性，因?yàn)樗鼈兛梢暂p松地重新配置以執(zhí)行各種任務(wù)。然而，它們的剛性也較差，更容易受到振動的影響，這可能會影響它們的精度和準(zhǔn)確度。

并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有多個(gè)運(yùn)動鏈，將機(jī)器人的底座連接到其末端執(zhí)行器。這些鏈條并行工作，分布負(fù)載并提供更高的剛性和穩(wěn)定性。并聯(lián)結(jié)構(gòu)通常用于高精度應(yīng)用，例如 Delta 機(jī)器人和六足機(jī)器人，其中精度和可重復(fù)性至關(guān)重要。并行結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是其高剛度，可以實(shí)現(xiàn)更高的精度和更快的響應(yīng)時(shí)間。然而，它們的設(shè)計(jì)和控制可能更加復(fù)雜，因?yàn)楸仨氉屑?xì)協(xié)調(diào)每條鏈條的運(yùn)動。

在設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，工程師必須考慮機(jī)器人的預(yù)期應(yīng)用、有效負(fù)載能力、工作空間要求和所需的精度水平等因素。通過選擇合適的結(jié)構(gòu)和材料，工程師可以針對其特定用例優(yōu)化機(jī)器人的性能，確保其能夠有效地執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)最大限度地減少能耗和組件磨損。

執(zhí)行器

執(zhí)行器是機(jī)器人的重要組成部分，負(fù)責(zé)將各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動。它們使機(jī)器人能夠移動關(guān)節(jié)、操縱物體并在其環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。機(jī)器人技術(shù)中使用的執(zhí)行器有多種類型，每種都有其獨(dú)特的特性和應(yīng)用。

電動機(jī)

電動機(jī)是機(jī)器人技術(shù)中最常用的執(zhí)行器類型，因?yàn)槠湫矢摺⒕雀咔乙子诳刂?。電動機(jī)通過磁場的相互作用將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動。機(jī)器人技術(shù)中使用的電動機(jī)有多種類型，包括：

●直流電機(jī)： 直流 (DC) 電機(jī)因其簡單且易于控制而廣泛應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。它們提供連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且可以輕松調(diào)節(jié)速度和扭矩。然而，直流電機(jī)可能需要更多的維護(hù)，因?yàn)樗鼈兊碾娝⒑蛽Q向器會隨著時(shí)間的推移而磨損。

●無刷直流電機(jī)： 無刷直流電機(jī)提供與傳統(tǒng)直流電機(jī)相似的性能，但不需要電刷和換向器。這會降低維護(hù)要求并延長使用壽命。無刷直流電機(jī)通常用于需要高速、精度和效率的應(yīng)用。

●步進(jìn)電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī)是一種可提供精確增量運(yùn)動的電動機(jī)，非常適合需要精確定位和控制的應(yīng)用。它們通常用于機(jī)器人執(zhí)行拾放操作和 CNC 加工等任務(wù)。

液壓執(zhí)行器

液壓致動器使用加壓流體產(chǎn)生運(yùn)動，通常用于需要高力和功率的機(jī)器人中。液壓系統(tǒng)可以提供高扭矩和精確控制，使其適用于重型起重和操縱等應(yīng)用。然而，液壓執(zhí)行器可能更復(fù)雜，并且需要額外的組件，例如泵、閥門和儲液器，這會增加機(jī)器人的整體尺寸和重量。

氣動執(zhí)行器

氣動執(zhí)行器使用壓縮空氣產(chǎn)生運(yùn)動，通常用于需要快速、輕型和低成本解決方案的機(jī)器人。氣動系統(tǒng)可以提供快速驅(qū)動，通常用于拾放操作和機(jī)器人夾具等應(yīng)用。然而，與電動或液壓系統(tǒng)相比，氣動執(zhí)行器的精度和作用力可能較低。

在為機(jī)器人系統(tǒng)選擇執(zhí)行器時(shí)，工程師必須考慮所需的力、速度、精度和能源效率等因素。通過選擇合適的執(zhí)行器類型和配置，工程師可以針對其特定應(yīng)用優(yōu)化機(jī)器人的性能，確保其能夠有效地執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)最大限度地減少能耗和組件磨損。

傳感器

傳感器在機(jī)器人技術(shù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈優(yōu)闄C(jī)器人提供有關(guān)其環(huán)境及其內(nèi)部狀態(tài)的信息。這些數(shù)據(jù)對于機(jī)器人做出決策、導(dǎo)航周圍環(huán)境以及與物體和人類交互至關(guān)重要。機(jī)器人中使用了多種類型的傳感器，每種傳感器都設(shè)計(jì)用于測量特定屬性或檢測特定事件。

視覺傳感器

視覺傳感器是機(jī)器人技術(shù)中最常用的傳感器類型之一。這些傳感器包括攝像頭和激光雷達(dá)系統(tǒng)，可捕獲有關(guān)機(jī)器人環(huán)境的視覺信息。視覺傳感器可用于物體識別、障礙物檢測和導(dǎo)航等任務(wù)。例如，自主移動機(jī)器人通常依靠攝像頭和激光雷達(dá)來構(gòu)建周圍環(huán)境的地圖并相應(yīng)地規(guī)劃路徑。

力和扭矩傳感器

力和扭矩傳感器測量施加到機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器的力和扭矩。這些傳感器在需要精確力控制的應(yīng)用中尤其重要，例如裝配或材料處理。通過監(jiān)測機(jī)器人施加的力和扭矩，控制系統(tǒng)可以調(diào)整其運(yùn)動，以確保施加所需的力，而不會對機(jī)器人或其交互的物體造成損壞。

接近傳感器

接近傳感器檢測機(jī)器人附近是否存在物體或障礙物。這些傳感器可以基于各種技術(shù)，例如紅外、超聲波或電容傳感。接近傳感器通常用于防撞系統(tǒng)，幫助機(jī)器人在其環(huán)境中導(dǎo)航，而不會接觸到障礙物或其他機(jī)器人。

觸覺傳感器

觸覺傳感器提供有關(guān)機(jī)器人與物體或表面接觸的信息。這些傳感器可用于檢測物體的存在、測量施加的力或確定物體的屬性，例如其紋理或溫度。觸覺傳感器在需要精細(xì)操作的應(yīng)用中特別有用，例如抓取易碎物品或執(zhí)行涉及人機(jī)交互的任務(wù)。

慣性傳感器

慣性傳感器，例如加速度計(jì)和陀螺儀，測量機(jī)器人的線性和角運(yùn)動。這些傳感器對于需要精確控制機(jī)器人運(yùn)動的任務(wù)至關(guān)重要，例如平衡或在不平坦的地形中導(dǎo)航。當(dāng)其他信息源（例如視覺傳感器）不可用時(shí)，慣性傳感器還可用于估計(jì)機(jī)器人的位置和方向。

通過將各種類型的傳感器集成到機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，工程師可以創(chuàng)建能夠以更智能和適應(yīng)性更強(qiáng)的方式感知環(huán)境并做出響應(yīng)的系統(tǒng)。這使得機(jī)器人能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)并以安全有效的方式與人類和物體交互。