机器人零件和组件指南以及如何采购它们

发现工业机器人零件和组件的#1 指南。详细了解它们的用途、特征和限制，以及它们的来源。

您可能有一个（或多个）机器人，并且想了解更多有关用户可更换组件和零件的信息。或者，您可能想详细了解主要机器人组件的功能。无论哪种情况，您都来对地方了！

大多数机器人的用户可更换组件包括末端执行器、传感器和机器人控制器。对于移动机器人，电池需要定期更换。机器人的重要配件是机器人手臂的支架，以及用于固定传感器的安装系统。机器人视觉系统也可以是可更换的。当然，还有许多其他较小的部件和部件，例如 LED 显示屏和键盘。这些的完整列表超出了我们的范围。在本文中，我们自上而下地了解一些主要程序集及其功能。

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本文内容

• 机器人末端执行器
• 机器人传感器
• 机器人控制器
• 机器人电池
• 机器人底座/安装系统
• 机器人安全组件
• 传送带
• 振动给料机
• 如何为您的组织采购理想的机器人零件或组件

机器人末端执行器

机械臂的末端执行器是工作发生的地方。这是机器人和工件之间发生接触的地方。就像人类使用各种各样的工具来完成任务一样，机器人也是如此。

机器人末端执行器也称为“手臂末端工具”或 EoAT。 EoAT 实际上是机器人的手腕、手和工具。末端执行器可以是从焊接工具到真空吸尘器的任何东西。

EoAT 可以是螺丝刀或旋转钻。一些公司专门制造机器人末端执行器。许多供应商只关注某些类型的 EoAT。

能够自动更换工具通常是一个很好的功能。一个特殊的夹具固定工具。它通常安装在机器人外部的表面上。夹具可以容纳机器人手臂可以换入和换出的各种工具。这样，机器人就可以对一个工件执行不同的任务。以下是如何使用此功能的示例：机器人手臂可以在一块金属上钻孔。然后它交换工具并去除刚刚制作的孔的毛刺。机器人再次交换工具。并使用攻丝工具在孔中切割螺纹。

机器人抓手

有许多不同的抓手可用于机械臂。尚未找到通用夹具。起初，设计师认为最好的方法是制造一个像人手一样的机器人抓手。后来，他们开始改变想法。

如果机器人要整天提箱子，它是否需要手上有手指？可能不是。对于较小的盒子，吸盘可能更好。对于较大的盒子，最好有一个有两条手臂的机器人。 “手”或抓手的形状可能像一个球体，上面有旋钮。对于又大又重的箱子，最好有可以在箱子下面滑动并从下面支撑它的叉子。

与生活中的许多事情一样，“形式追随功能”。您需要的夹具类型或夹具组取决于您的应用。

机器人传感器

机器人传感器就像人类的感官。机器人可以看到、听到并有触觉。它们甚至可以提供嗅觉和味觉。工业机器人可能会使用“嗅觉”来测试矿井的空气质量。他们可以检测有毒气体或泄漏的污染物。还有品尝机器人。他们可以测试食物的质量并发现有害化学物质的存在。

但目前用于工业应用的最常见的机器人感知是视觉。下面我们来看看机器人视觉的一些主要传感器类型。

光学传感器

现在可用于机器人的各种光学传感器确实令人印象深刻。一些传感器使用光学方法来确定表面的粗糙度。其他人可以测量薄膜的厚度。还有一些人发现了物体的精确颜色。机器人可以配备显微镜。这打开了一个充满可能性的世界。许多测量可以用显微镜进行。

光学传感器可以测量液体的流速。流量也可以通过其他方式测量，例如使用电磁传感器。也可以使用一种发送脉冲的桨轮。当车轮旋转得更快时，脉冲发生得更快。

位置和速度也可以用光学传感器测量。传感器不必是相机。

激光扫描仪

将激光技术引入工业应用已经改变了许多事情的处理方式。激光用于手持条码扫描仪。他们可以对加工零件进行精确测量。激光也用于测量大距离。复杂的视觉系统使用激光。计算机视觉意味着移动机器人可以自主前行，避开障碍物。

用于读取条码标签的激光扫描仪快速、准确且成本低。有些扫描仪是手持式的，供人们进行库存管理。手持式激光扫描仪也用于材料处理和制造任务。激光条码扫描仪可以安装在仓库中的自主移动机器人 (AMR) 上，以帮助完成订单拣选过程。扫描仪可以安装在通过仓库过道的空中无人机上。无人机读取条形码并使用计算机视觉来计算盒子中的物品。空中无人机可以在很短的时间内完成盘点。

激光条码扫描仪并不是跟踪物品的唯一方法。人们可以使用基于 RFID 的扫描仪。 RFID（Radio Frequency IDentification）的优点是标签不需要可见，仍然可以被读取。这是因为 RFID 使用无线电波而不是光。但是RFID标签比条码贵。

激光扫描仪最常见的用途之一是用于工业机器人视觉。这些扫描仪使用 LiDAR，它代表光检测和测距。激光雷达就像雷达。雷达是在二战期间发明的，是 RAdio Detection And Ranging 的缩写。在这两种情况下，原理是相似的。 LiDAR 传感器发出电磁能量脉冲，然后检测从最近物体反射的反射。测量反射回来所需的时间。如果反射回来的时间更长，则物体离得更远。更短的时间意味着物体更近。时间与传感器到物体的距离成正比。这样就可以利用激光精确测量到单个点的距离。

有趣的事实：美国宇航局的科学家在 1960 年代发明了激光雷达，作为阿波罗登月计划的一部分。它最早的用途之一是测量地球和月球之间的距离。

LiDAR 可用于一维、2-D 和 3-D。一维激光雷达的一个例子是激光卷尺。您可以快速准确地测量房间或建筑物的尺寸。对于工业应用，激光用于精确测量由机床或机器人铣床完成的切割深度。带有激光雷达的机械臂可以测量零件的尺寸以进行质量控制。

在二维配置中，来回扫描激光束。扫描可能会在一个完整的圆圈中进行，也可能只经过圆圈的一部分。激光束停留在二维平面内。对于自主移动机器人 (AMR)，该平面是水平的。它通常离地面几厘米。通过这种方式，AMR 可以使用其 LiDAR 检测其路径中的物体。机器人使用这种意识来确定沿着计划的路线前进是否安全。如果有东西挡住了它的路径，机器人可以转向或停止。

但是二维 LiDAR 的局限性在于它无法检测激光扫描平面上方或下方的物体。实际上，机器人对任何不在 2-D LiDAR 平面内的东西都是“盲目的”。使用 3-D LiDAR 可以克服这个限制。

使用 3-D LiDAR，系统在平面（如 2-D LiDAR）中扫描激光束，然后将平面上下倾斜。添加倾斜动作意味着系统覆盖了一个三维空间。 3-D 扫描的缺点是它需要更多的计算能力。该系统收集的信息要多得多，因此处理所有这些信息并实时处理是一项挑战。这需要更强大的计算机。此外，3-D LiDAR 的机械部件更为复杂。因此，3-D 扫描仪比 2-D 扫描仪贵。这完全取决于应用程序，2-D 或 3-D 扫描是否合适。

当然，LiDAR 也有局限性。阳光直射会使 LiDAR 传感器失明。但是，与多种传感器相比，LiDAR 可以处理更强烈的阳光。反射激光束的物体会影响事物。材料的种类和反射物体的颜色会影响 LiDAR 的精度。灰尘、污垢和碎屑会堵塞 LiDAR 传感器的镜头。这将降低传感器的灵敏度和准确度。

视觉系统

机器人视觉正在发生革命性的变化。不久前，机器人的视野非常有限。事实上，如此有限，以至于如果机器人检测到有什么东西挡在它的路上，它所能做的就是停下来寻求帮助。今天，自主移动机器人可以绕过障碍物。他们可以区分人和无生命的物体。

相机的分辨率和灵敏度已经提高。处理视觉数据的软件也得到了改进。计算机视觉系统现在可以识别人脸。

相机硬件是视觉解决方案的重要组成部分。但记录原始数据是不够的。视觉系统必须能够将这些数据转化为有用的信息。视觉系统必须能够检测物体的距离、速度和方向。如果视觉系统可以识别物体是人还是叉车，那就更有用了。理解一个对象是人而另一个对象是交通工具的能力被称为语义。对环境的语义理解对于让机器人更智能至关重要。

计算机视觉的另一个用途是拣货。机器人必须能够挑出一个物体，即使该物体在一堆其他东西中。这称为从杂乱中挑选。机器人不仅需要识别物体，还需要识别物体是在其边缘还是倒置。一旦确定，机器人就可以决定如何捡起物体。这已被证明具有挑战性，但现在有系统可以做到。

可能有机器人视觉系统可以满足您的要求。

通过传感器融合实现机器人视觉

机器人系统越来越依赖于传感器的组合。每种不同类型的传感器都有优点和缺点。即使是一个传感器也可以为机器人系统提供一种“视觉”。但最好是传感器的组合。结合来自许多传感器的数据称为传感器融合。传感器融合使机器人更加坚固、可靠和安全。随着微芯片的计算能力不断增强，我们可以期待看到更多传感器的使用。这将使机器人更加智能。

机器人控制器

机器人控制器有多种形状和尺寸。有些是小型手持平板电脑。这些用于控制简单的工作单元。其他机器人控制器可以控制复杂的制造和物流过程。机器人控制器对于确定让机器人系统执行您想要的操作的难易程度至关重要。机器人控制器是机器人完成工作的关键部分。

机器人控制器负责安全、逻辑和运动控制。机器人对外部事件的响应速度通常是机器人控制器的关键衡量标准。某些应用程序需要比其他应用程序更快的响应时间。这可以确定所需的机器人控制器类型。机器人控制器的人机界面 (HMI) 是另一个重要方面。一种流行的 HMI 是“示教器”，它是一种手持式平板电脑式设备。示教器用于教机器人做什么。一旦机器人准备好生产，就可以取下示教器。

在工厂中，更常见的是在机器人控制器和机器人之间找到硬接线连接。有线连接提供了可靠和安全的接口。安全法规有时需要有线连接。对于自主移动机器人 (AMR)，情况并非如此。如果 AMR 必须将电线连接到其控制器，那么它就没有多大用处！还提供无线工业机器人控制器。根据应用的不同，它们可能比有线系统具有优势。

机器人控制器分为三大类：

• PLC （可编程逻辑控制器），
• PAC （可编程自动化控制器），
• IPC （工业个人计算机）。

PLC 是最古老的技术，也是成本最低的机器人控制器类型。它用于不需要复杂运动控制的简单应用。 PLC 的数据记录能力也低于其他类型的机器人控制器。 PLC的输入/输出设备种类会更少。

PAC 代表 PLC 的更新版本。 PAC具有更强的计算能力和更大的能力。 PAC 适合的应用范围非常广泛。

IPC具有最大的计算能力，也是最昂贵的机器人控制器类型。它可以处理复杂的运动，并可以通过各种接口进行通信。 IPC 可以处理和存储非常大量的数据。

随着时间的推移，这三种控制器之间的区别变得更加模糊。今天，真的没有三个独立的机器人控制器类别。它更像是一个连续体。

在选择不同的机器人控制器时，一个重要的因素是软件。寻找特定于应用程序的软件包。应用程序包将决定启动和运行的难易程度。它还会影响您可以为您的特定需求提供多少支持。

机器人电池

不断发展的电池技术已经影响了广泛的电气和电子设备。更好的电池意味着更长的工作时间和更短的充电间隔。这些改进使自主移动机器人 (AMR) 变得实用且具有成本效益。

选择适合您使用的机器人电池时要考虑的一些基本事项包括化学 , 容量 ，以及充电 .

机器人电池的化学成分通常具有以下类型。

• 镍氢 ：镍氢电池仍然是机器人最常用的电池类型。由于重量与容量比，它们具有很好的价值，并且几乎没有“记忆效应”。记忆效应是某些电池的局限性。这意味着您必须将电池完全放电，然后再充电。否则，每次充电都会损失部分电池容量。
• 镍镉 （镍镉）电池受到记忆效应的影响，正在被其他类型的电池取代。
• 铅酸 电池提供高容量和低成本。
• 锂电池 （锂离子聚合物）电池通常简称为“锂电池”。由于其高容量重量比，它们正迅速成为机器人的首选电池。他们不会受到记忆效应的影响。

在考虑不同的电池时要问的问题包括：电池充电需要多长时间？电池充电器是否有防止过度充电的保护措施？无线充电对机器人也很有帮助。它使充电更容易，因为机器人到达充电站时不需要处于精确位置。

机器人底座/安装系统

带有机械臂的固定式机器人需要牢固安装才能执行其工作。有很多选项可供选择。

当您需要提升机器人手臂时，底座安装很有用。可能需要将臂抬起才能进入传送带系统和工作台面。支架可以用螺栓固定在地板上。坐骑也可以有脚轮，所以它们可以很容易地四处移动。

在某些应用中，将机器人安装在倒置位置是理想的选择。为此有专门的安装座。倒置的方向通常可以最大限度地扩大手臂的伸展范围。其他应用可能要求机器人垂直安装。它可能固定在机器的侧面。位置确定后，需要调整机械臂自带的软件。

模块化安装系统可用于紧固传感器。示例包括相机、电缆和软管。一些传感器安装系统因其强度和耐用性而最佳。其他人则强调灵活性和轻便性。可调节的杠杆允许正确定位传感器和电缆。

机器人安全组件

机器人可以将人们从肮脏、枯燥和危险的工作中解放出来。它们可以改善工作条件的安全性。然而，如果不以正确的方式使用，机器人可能会成为危险的隐患。确保您的自动化解决方案安全至关重要。

机器人安全 PLC

一个普通的可编程逻辑控制器 (PLC) 通常有一个微处理器。它还将具有存储器和输入/输出电路。安全 PLC 内置冗余。安全 PLC 可能有两个、三个或四个处理器。看门狗电路检查每个处理器的健康状况。如果出现问题，看门狗电路会发出警报。

一些 PLC 将有一个没有相应输入的输出。相比之下，安全 PLC 具有匹配的输入和输出。这意味着可以不断进行测试以验证电路的正确连接性和健康状况。

在某些应用中，普通 PLC 可能没问题。 PLC 将具有紧急停止（e-Stop）功能。这些可以包括光幕或接近传感器。这可能足以为您的同事提供安全保障。但在许多应用中，安全 PLC 是最佳选择。一次代价高昂的错误或事故远远超过安全 PLC 的额外成本。

机器人安全传感器/激光扫描仪/光栅

如何同时提高生产力和安全性？有多种方式。

激光区域扫描仪可以检测工业机器人附近是否有人。如果有人进入最外层区域，激光扫描仪可以通知机器人减速。较慢的速度可能是通常速度的 50%。如果有人进入靠近机器人的第二个区域，速度可能会降低到 25%。如果在最近区域检测到人，机器人将停止。用户可以确定这些区域的大小。用户可以自定义机器人做出的反应。

各种安全装置可以而且应该与机器人一起使用。更大更重的机器人需要比小型机器人更高的安全水平。一种流行的安全方法是使用光栅或光幕。 “围栏”由工业机器人周围的光束组成。例如，如果有什么东西打破了光束，机器人可能会进入紧急停止状态。

机器人击剑

有时，保持生产力和安全性的最安全方法是将机器人隔离在其自己的单独区域中。有多种此类围栏可供使用。不同的特征包括围栏的高度和围栏材料中开口的大小。有时需要内置自调平脚的栅栏柱。围栏的强度也是一个考虑因素。围栏应该由金属丝、穿孔金属板还是有机玻璃制成？您的应用程序可能需要一种防热或防电的围栏材料。

传送带

机器人和传送带系统是常见的伙伴。机器人可以从传送带上取下物品以开始其循环，也可以在其循环结束时将零件放置在传送带上。而且，当然，它可能两者兼而有之。

有许多不同类型的输送系统可供选择。一些传送带系统易于消毒。这使它们成为食品加工操作的理想选择。其他需要考虑的特性是输送系统的速度和宽度。它的高度、最大倾斜角度以及它可以承受的重量都是需要考虑的。

振动给料机

机器人与振动给料机结合得很好。对于拾放和组装操作尤其如此。小零件被送入振动给料机。然后送料器将零件移动到机器人。送料器可以将零件放置在同一位置。这使机器人更容易捡起它们。

如何为您的组织采购理想的机器人零件或组件

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您可能已经知道您想要什么样的零件或组件。如果是这样，您可以从许多供应商处获得报价并接收产品信息和定价。

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