工业机器人零部件与组件完全指南：采购与使用洞察

发现工业机器人零部件与组件#1指南。了解更多关于其用途、特性、局限及采购渠道。

您可能有一台（或多台）机器人，想了解更多用户可更换组件和零件。或想了解主要机器人组件如何运作。无论哪种情况，您都在正确地方！

大多数机器人用户可更换组件包括末端执行器、传感器、机器人控制器。移动机器人电池需定期更换。机器人重要配件有机器人臂安装座、传感器固定安装系统。机器人视觉系统也可能可更换。当然还有许多其他小零件如LED显示屏、键盘。完整列举超出范围。本文自上而下审视一些主要组件及其功能。

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本文目录

• 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
• 输送带
• 振动给料器
• 如何为您的组织采购理想机器人零部件或组件

机器人末端执行器

机械臂末端执行器是工作发生处。是机器人与工件接触处。如人类用极宽工具阵列完成任务，机器人亦然。

机器人末端执行器也称“末端臂工具”或EoAT。EoAT实际上是机器人手腕、手和工具。末端执行器可从焊接工具到吸尘器。

EoAT可是螺丝刀或旋转钻头。一些公司专门只制造机器人末端执行器。许多供应商专注仅特定种类EoAT。

自动换刀常是好功能。特殊夹具固定工具。通常安装在机器人外部表面。夹具可持有机器人臂可交换进出的多种工具。这样机器人可对工件执行不同任务。例如如何使用此功能：机器人臂在金属件钻孔。然后换刀去毛刺刚钻孔。再换刀用攻丝刀在孔内攻丝。

机器人夹爪

有许多不同夹爪可用于机械臂。通用夹爪尚未找到。最初设计师以为最好方法是做像人手一样的机器人夹爪。后来他们开始改变想法。

若机器人整天提箱子，其手需要手指吗？可能不需要。小箱子吸盘可能更好。大箱子可能最好用双臂机器人。“手”或夹爪可能形似带凸点球体。对大重箱子，最好有叉齿能从下方插入支撑箱子。

如生活中许多事物，“形式追随功能”。您需要夹爪种类或套装将取决于您应用。

机器人传感器

机器人传感器如人类感官。机器人能看、听、有触觉。甚至可配备嗅觉和味觉。工业机器人可能用“嗅觉”测矿井空气质量。可检测有毒气体或泄漏污染物。也有品尝机器人。可测食品质量、发现有害化学物质。

但目前工业应用最常用机器人感官是视觉。下面看机器人视觉主要传感器类型。

光学传感器

现可用于机器人光学传感器种类令人印象深刻。一些传感器用光学方法测表面粗糙度。其他可测薄膜厚度。还有一些发现物体精确颜色。机器人可配显微镜。开启可能性世界。许多测量可用显微镜完成。

光学传感器可测液体流速。流速也可用电磁传感器测。一种桨轮也可用，发脉冲。轮转越快脉冲越频繁。

位置和速度也可用光学传感器测。传感器不必是相机。

激光扫描仪

激光技术引入工业应用改变许多做事方式。激光用于手持条码扫描仪。可精确测量机加工零件。激光也用于测大距离。复杂视觉系统用激光。计算机视觉意味移动机器人可自主导航、避开路径障碍。

读条码标签激光扫描仪快、准、低成本。一些扫描仪手持供人库存管理用。手持激光扫描仪也用于物料搬运和制造任务。激光条码扫描仪可装在仓库自主移动机器人（AMR）助订单拣选。扫描仪可装在飞越仓库通道航空无人机上。无人机读条码、用计算机视觉数箱内物品。航空无人机可在人工做同样工作极小时间内完成盘点。

激光条码扫描仪非唯一跟踪物品方式。可用RFID扫描仪。RFID（射频识别）优势是标签无需可见仍可读。因RFID用无线电波而非光。但RFID标签比条码贵。

激光扫描仪最常见用途之一是工业机器人视觉。这些扫描仪用LiDAR，即光探测与测距。LiDAR像雷达。雷达二战发明，是无线电探测与测距缩写。两者原理相似。LiDAR传感器发射电磁能脉冲，然后探测最近物体反射返回信号。测量反射返回时间。若反射返回时间长，物体更远。时间短意味物体更近。时间与传感器到物体距离成正比。这样激光可精确测单点距离。

趣闻：NASA科学家1960年代阿波罗登月计划中发明LiDAR。最早用途之一测地月距离。

LiDAR可用一维、二维、三维。一维LiDAR例：激光卷尺。可快速准确测房间或建筑尺寸。工业应用中，激光用于精确测机床或机器人铣床切削深度。带LiDAR机器人臂可测零件尺寸做质控。

二维配置中，激光束来回扫描。扫描可能完整圆或仅部分圆。激光束保持在二维平面。对自主移动机器人（AMR），此平面水平，常在离地面几厘米。这样AMR可用LiDAR探测路径物体。机器人用此感知决定按计划路线继续是否安全。若有物体挡路，机器人可转向或停止。

但二维LiDAR有局限：无法探测激光扫描平面上方或下方物体。实际上，机器人对不在二维LiDAR平面内任何东西“盲”。用三维LiDAR可克服此限制。

三维LiDAR中，系统在平面扫描激光束（像二维LiDAR），然后平面上下倾斜。增加倾斜动作意味系统覆盖三维空间。三维扫描缺点是需更多计算能力。系统收集更多信息，实时处理所有信息是挑战。需更强计算机。三维LiDAR机械组件也更复杂。因此三维扫描仪比二维贵。全看应用，二维或三维扫描哪合适。

当然，LiDAR有局限。直射阳光可致盲LiDAR传感器。但LiDAR能承受比许多传感器更强阳光。反射激光束物体可影响事物。反射物体材质和颜色可影响LiDAR精度。灰尘、污垢、碎屑可堵塞LiDAR传感器镜头。这降低传感器灵敏度和精度。

视觉系统

机器人视觉经历革命性变化。不久前，机器人视觉非常有限。如此有限，若机器人探测到东西挡路，能做的仅是停止呼叫帮助。今日，自主移动机器人可绕过路径障碍。能分辨人与无生命物体。

相机分辨率和灵敏度提高。处理视觉数据软件也改进。计算机视觉系统现能识别人脸。

相机硬件是视觉解决方案重要部分。但记录原始数据不够。视觉系统必须能将数据转化为有用信息。视觉系统必须能探测物体距离、速度、方向。若视觉系统能识别物体是人或叉车更有用。理解一个物体是人、另一个是车辆的能力称作语义。环境语义理解对使机器人更智能至关重要。

计算机视觉另一用途在拣选。机器人必须能从一堆其他东西中拣出一个物体。这叫从杂乱中拣选。机器人需识别不仅物体，还要知物品是否立放、倒置。一旦确定，机器人决定如何拾取。这被证明有挑战，但现有系统能做到。

很可能有机器人视觉系统适配您需求。

传感器融合的机器人视觉

越来越多机器人系统依赖传感器组合。每种不同传感器有优势弱点。即使单一传感器可为机器人系统提供一种“视觉”。但传感器组合最好。结合多传感器数据称作传感器融合。传感器融合使机器人更稳健、可靠、安全。随微芯片算力持续增长，可期待更多传感器被使用。这将使机器人更智能。

机器人控制器

机器人控制器形状尺寸多样。一些小巧手持平板。用于控制简单工作单元。其他机器人控制器可控制复杂制造和物流流程。机器人控制器对让机器人系统按您意愿工作有多容易至关重要。机器人控制器是机器人执行工作好坏关键部分。

机器人控制器负责安全、逻辑、运动控制。机器人响应外部事件快慢常是机器人控制器关键衡量。一些应用需比其他更快响应时间。这决定所需机器人控制器种类。机器人控制器人机界面（HMI）另一重要方面。流行HMI是“示教器”，手持平板式设备。示教器用于示教机器人做什么。机器人准备好生产后，示教器可移除。

工厂中，机器人控制器与机器人间硬线连接更常见。有线连接提供可靠安全接口。安全法规有时要求有线连接。这对自主移动机器人（AMR）不成立。AMR若必须连线控制器则无用！无线工业机器人控制器也可用。视应用，可能比有线系统有优势。

机器人控制器有三大类：

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

PLC是最老技术、最低成本机器人控制器类型。用于不需复杂运动控制简单应用。PLC数据记录能力也比其他类型机器人控制器弱。PLC将有较少输入/输出设备种类。

PAC代表PLC更新版本。PAC有更多算力、更大能力。有极广应用范围PAC适合。

IPC有最大算力，也是最贵机器人控制器类型。能处理复杂运动、通过多种接口通信。IPC能处理存储海量数据。

这三类控制器区别随时间模糊。今日实际不再有三个分离机器人控制器类别。更像连续体。

在不同机器人控制器间决定时，一个重要因素是软件。找应用特定软件包。应用包决定上手多易。也影响您特定需求可期望多少支持。

机器人电池

不断演进电池技术影响广泛电子电气设备。更好电池意味更长运行时间、更短充电间隔。改进使自主移动机器人（AMR）实用且具成本效益。

选择适合您用途机器人电池时基本考量包括化学成分、容量、充电。

机器人电池化学成分一般为以下类型：

• NiMh：镍氢电池仍是机器人最常用电池类型。因重量容量比好、极小“记忆效应”性价比高。记忆效应是某些电池限制。意指充电前必须完全放电。否则每次充电损失部分电池容量。
• NiCd（镍镉）电池受记忆效应困扰，被其他电池类型取代。
• 铅酸电池提供高容量、低成本。
• LiPo（锂聚合物）电池常简称为“锂电池”。因高容量重量比快成机器人首选电池。无记忆效应。

考虑不同电池时问：充电需多长？充电器有过充保护吗？无线充电对机器人也很有帮助。因机器人到达充电站时无需精确位置即可充电，使充电更容易。

机器人底座/安装系统

带机械臂固定机器人需牢固安装以执行工作。有许多选项可选。

底座安装在您需抬高机器人臂时有用。臂可能需抬高以访问输送系统和工作面。安装座可螺栓固定地面。安装座也可带脚轮，便于移动。

有应用最好让机器人倒装。有专用安装座为此。倒装常能最大化机械臂作业范围。其他应用可能要求机器人垂直安装。可固定在机器侧面。位置确定后，机器人臂附带软件需相应调整。

模块化安装系统可用于固定传感器。例子含相机、线缆、软管。一些传感器安装系统最强调强度耐用。其他强调灵活轻便便携。可调杠杆允许传感器和线缆正确定位。

机器人安全组件

机器人可解放人脱离脏、累、险工作。且能改善工作条件安全。然而若不正确使用，机器人可能成危险隐患。确保自动化方案安全至关重要。

机器人安全PLC

普通可编程逻辑控制器（PLC）通常有一个微处理器。也有内存和输入/输出电路。安全PLC内置冗余。安全PLC可能有二、三、四个处理器。看门狗电路检查各处理器健康。若出错，看门狗电路报警。

一些PLC将有输出无对应输入。相反，安全PLC特征匹配输入输出。意味可持续测试验证电路连接和健康正常。

有些应用普通PLC可能足够。PLC有急停（e-Stop）功能。可含光幕或接近传感器。这可能足够为员工提供安全。但许多应用安全PLC是最佳选择。一个昂贵错误或事故远超安全PLC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？有多种方式。

激光区域扫描仪可探测工业机器人附近人员。激光扫描仪可通知机器人有人进入最外区域则减速。较慢速度可能为常规速度50%。若有人进入第二区域、更靠近机器人，速度可降至约25%。若最近区域探测到人，机器人停止。用户可确定这些区域大小。用户可定制机器人响应。

各种安全装置可且应与机器人配合使用。更大更重机器人需比小机器人更高安全级别。流行安全方法用光栅或光幕。“栅”由工业机器人周围光束组成。若物体打破光束，机器人可能进入急停等。

机器人围栏

有时维持生产力和安全最安全方式是将机器人围栏隔离在单独区域。有多种此类围栏。不同特征含围栏高度、围栏材料开口大小。带自调平脚柱有时受欢迎。围栏强度也考量。围栏应用金属丝、穿孔金属板、有机玻璃？您应用可能需防热或防电围栏材料。

输送带

机器人和输送系统常伴。机器人可从输送带取物开始循环，或循环末将零件放上输送带。当然也可能两者兼有。

有许多不同输送系统可选。一些易消毒。使其成食品加工好选择。其他考量特征含输送系统速度和宽度。其高度、最大倾斜角、承重均考量因素。

振动给料器

机器人与振动给料器配合良好。尤其对拾取放置和装配操作。小零件送入振动给料器。给料器再将零件移至机器人。给料器可将零件置于同一位置。这让机器人更易拾取。

如何为您的组织采购理想机器人零部件或组件

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