深圳市賽瑪爾科技有限公司
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自動化機器人
來源:
|
作者:saimaer
|
發布時間: 2021-05-06
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現今工業機器人主要分兩大類——直角坐標
機器人和關節機器人，這兩類機器人均適合
用于諸多工業領域的機械自動化作業，比如
，自動裝配、噴漆、搬運碼垛、焊接等工作
。賽瑪爾科技多年從事機器人事業，本文
是結合賽瑪爾科技的經驗及知識來主要介
紹直角坐標機器人和關節機器人的特性，以
及兩種機器人的應用對比。這些對比分析來
自我們的經驗及認識，有其局限性，不充分
，僅供朋友們參考。
一、直角坐標機器人
概念
基于空間XYZ直角坐標系編程、有三軸及
以上自由度，能夠實現自動控制、可重復編
程反復應用，適合不同任務的自動化設備。
它能夠搬運物體、操作工具，以完成各
種作業。關于機器人的定義隨著科技的不斷
發展，在不斷的完善，直角坐標機器人作為
機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。
特點
任意組合成各種樣式，形成兩軸到六軸
不同結構形式。
超大行程：單根最多長度是6米，但可以
多根方便地級連成超大行程，例如50米長。
負載能力強：通常是到200公斤，但當采
用多根多滑塊結構時其負載能力可增加到數
噸。
高動態特性：輕負載時其最高運行速度
每秒8米，加速度每秒5米。
高精度：重復定位精度可達到0.05mm～
0.01mm。
擴展能力強：可以方便改變結構或通過
編程來適合新的應用。
簡單經濟：編程簡單類同數控銑床，易
培訓員工和維修，使其具有非常好的經濟性
。
壽命長：直角坐標機器人的壽命一般是
10年以上，維護好可達40年。
應用范圍廣：可以方便地裝配多種形式
和尺寸的手爪，可以勝任許多常見的工作，
如焊接、切割，搬運、上下料、包裝、碼垛
、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、
打碼和噴涂等任務。
直角坐標機器人和關節機器人的特性及
應用對比
典型的3D直角坐標機器人，它由X軸、Y
軸、Z軸及驅動電機組成
二、關節機器人二、關節機器人
概念
也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，
有很高的靈活度，通常5~6軸，適合于幾乎任
何軌跡或角度的工作。
直角坐標機器人和關節機器人的特性及
應用對比
特點
有很高的自由度，靈活性， 從不同角度
不同方位來工作。
速度可達6米/秒，加速度10米/每秒；工
作效率高，
經常在網絡或電視里看到，較為世人所
熟悉和接受。
6軸機器人主要應用于汽車點焊，弧焊，
裝配（擰螺絲），檢測類這些輕巧類工作。
人們開發了4軸搬運碼垛類機器人。
三、特點及應用分析對比
工作空間與承載能力
直角坐標型標準單根長度6m，拼裝后可
達到100m；組合成龍門式機器人，其工作空
間可以是非常的三維立體空間。單根承載
10~200kg，特殊結構可達2400 Kg。
關節型最大工作半徑3m，在有效半徑內
可以任何角度工作。關節機器人工作半徑所
在的園周內要做安全隔離，所以通常占用更
大的空間。不適合大距離空間工作，或放置
到直線運動單元上。承載能力有幾種規格
5~20Kg可選，但最大1300Kg，這時及其昂貴
。
說明：常見的關節型機器人的工作半徑
越大、強度也要大，對于承載能力越強，但
為保證其穩定的機械結構，造價會非常高。
直角坐標型的龍門框架結構，承載能力
強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很
多。
工作精度
直角坐標型：由于結構簡單，重復定位
精度0.05mm，絲杠型可達0.01mm，甚至更高
。
關節型：重復定位精度0.06mm，輕載荷
小半徑0.02mm，重載荷精度0.2mm。
說明：在通常情況下，兩種機器人均可
滿足精度要求。其中絲杠型直角坐標機器人
更適合對精度要求更加苛刻的行業。
組合方式
直角坐標型組合方式多樣，龍門式、懸
臂式、壁掛式等，可根據不同的負載、行程
、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求
產品。同時，X、Y、Z三軸基礎上可以擴展旋
轉軸和翻轉軸，構成五自由度和六自由度機
器人。
關節型可細分為6自由度機器人、Scara
機器人、四連桿機器人，種類相對少，選擇
性和靈活性較直角坐標型小很多。
機械安裝及維護
直角坐標型為模塊化產品，在工廠全部
預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓
簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至
可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個
安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。模
塊化產品，用戶可以自行拆卸、更換或維護
，所有機械零件均為通用品，維修維護費用
低。
關節型集成化程度高，整體性好，但需
要專業人員進行機械安裝。安裝空間較直角
坐標型小，但是其工作空間是其整個工作半
徑，工作區域需要做防護處理，故設備總占
地面積不小于直角坐標型。由于機械化程度
高及控制非常復雜，維修和維護必須由廠家
或供應商的專業人員完成（國外進口品牌的
維護費用在300元/小時左右），用戶往往面
臨兩個問題高價維修或報廢處理。
軟件編程操控和維護
從電氣系統到上位機直角坐標型都是開
放、靈活的，適用任何品牌的PLC、CNC、伺
服驅動系統，甚至可以按用戶熟悉品牌選定
。編程簡單，用戶可以隨意擴展，操控簡單
易操作。完全的交鑰匙工程，簡單程序問題
和硬件故障，客戶可以自行處理，例如更換
驅動電機、PLC等，維護費用低。
關機型機器人：軟件系統集成化，庫函
數直接調用，是其軟件優點。但編程和操控
必須由供應商通過專業培訓才能完成（廠家
軟件編程費用300元/小時），而且特殊軟件
需要收費。維護和維修完全受制于人，由于
品牌互相不兼容，硬件故障必須由供應商或
廠家直接提供，非市場通用產品，費用高昂
。
前期投入成本
不考慮后期維護維修費用，以60Kg負載
碼垛機器人為例：
直角坐標機器人：25~40萬
關節機器人：60~80萬
應用行業對比
應用場合直角坐標機器人關節機器人
焊接自動線用的較少主要用于汽車焊接
沖壓、焊接用的較少用的很多
噴涂直線往復噴涂較多異性噴涂很多
汽車裝配線比較普及用的很多
小零件裝配線幾乎全部采用占空間大，
安全措施要求高，幾乎不用
各種檢測線幾乎全部采用占空間大，安
全措施要求高，幾乎不用
大型碼垛應用主要采用較常見，但成本
高，維護難
車銑加工中心上下料幾乎全部采用成本
高，幾乎很少
沖壓自動化線幾乎全部采用用的較少
機構疲勞試驗幾乎全部采用幾乎不用
太陽能行業主要采用用的較少
曲形管內壁堆焊主要采用用的較少
各種自動化生產線主要采用用的較少
包裝機、印刷機等主要采用用的較少
機器人和關節機器人，這兩類機器人均適合
用于諸多工業領域的機械自動化作業，比如
，自動裝配、噴漆、搬運碼垛、焊接等工作
。賽瑪爾科技多年從事機器人事業，本文
是結合賽瑪爾科技的經驗及知識來主要介
紹直角坐標機器人和關節機器人的特性，以
及兩種機器人的應用對比。這些對比分析來
自我們的經驗及認識，有其局限性，不充分
，僅供朋友們參考。
一、直角坐標機器人
概念
基于空間XYZ直角坐標系編程、有三軸及
以上自由度，能夠實現自動控制、可重復編
程反復應用，適合不同任務的自動化設備。
它能夠搬運物體、操作工具，以完成各
種作業。關于機器人的定義隨著科技的不斷
發展，在不斷的完善，直角坐標機器人作為
機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。
特點
任意組合成各種樣式，形成兩軸到六軸
不同結構形式。
超大行程：單根最多長度是6米，但可以
多根方便地級連成超大行程，例如50米長。
負載能力強：通常是到200公斤，但當采
用多根多滑塊結構時其負載能力可增加到數
噸。
高動態特性：輕負載時其最高運行速度
每秒8米，加速度每秒5米。
高精度：重復定位精度可達到0.05mm～
0.01mm。
擴展能力強：可以方便改變結構或通過
編程來適合新的應用。
簡單經濟：編程簡單類同數控銑床，易
培訓員工和維修，使其具有非常好的經濟性
。
壽命長：直角坐標機器人的壽命一般是
10年以上，維護好可達40年。
應用范圍廣：可以方便地裝配多種形式
和尺寸的手爪，可以勝任許多常見的工作，
如焊接、切割，搬運、上下料、包裝、碼垛
、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、
打碼和噴涂等任務。
直角坐標機器人和關節機器人的特性及
應用對比
典型的3D直角坐標機器人，它由X軸、Y
軸、Z軸及驅動電機組成
二、關節機器人二、關節機器人
概念
也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，
有很高的靈活度，通常5~6軸，適合于幾乎任
何軌跡或角度的工作。
直角坐標機器人和關節機器人的特性及
應用對比
特點
有很高的自由度，靈活性， 從不同角度
不同方位來工作。
速度可達6米/秒，加速度10米/每秒；工
作效率高，
經常在網絡或電視里看到，較為世人所
熟悉和接受。
6軸機器人主要應用于汽車點焊，弧焊，
裝配（擰螺絲），檢測類這些輕巧類工作。
人們開發了4軸搬運碼垛類機器人。
三、特點及應用分析對比
工作空間與承載能力
直角坐標型標準單根長度6m，拼裝后可
達到100m；組合成龍門式機器人，其工作空
間可以是非常的三維立體空間。單根承載
10~200kg，特殊結構可達2400 Kg。
關節型最大工作半徑3m，在有效半徑內
可以任何角度工作。關節機器人工作半徑所
在的園周內要做安全隔離，所以通常占用更
大的空間。不適合大距離空間工作，或放置
到直線運動單元上。承載能力有幾種規格
5~20Kg可選，但最大1300Kg，這時及其昂貴
。
說明：常見的關節型機器人的工作半徑
越大、強度也要大，對于承載能力越強，但
為保證其穩定的機械結構，造價會非常高。
直角坐標型的龍門框架結構，承載能力
強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很
多。
工作精度
直角坐標型：由于結構簡單，重復定位
精度0.05mm，絲杠型可達0.01mm，甚至更高
。
關節型：重復定位精度0.06mm，輕載荷
小半徑0.02mm，重載荷精度0.2mm。
說明：在通常情況下，兩種機器人均可
滿足精度要求。其中絲杠型直角坐標機器人
更適合對精度要求更加苛刻的行業。
組合方式
直角坐標型組合方式多樣，龍門式、懸
臂式、壁掛式等，可根據不同的負載、行程
、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求
產品。同時，X、Y、Z三軸基礎上可以擴展旋
轉軸和翻轉軸，構成五自由度和六自由度機
器人。
關節型可細分為6自由度機器人、Scara
機器人、四連桿機器人，種類相對少，選擇
性和靈活性較直角坐標型小很多。
機械安裝及維護
直角坐標型為模塊化產品，在工廠全部
預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓
簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至
可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個
安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。模
塊化產品，用戶可以自行拆卸、更換或維護
，所有機械零件均為通用品，維修維護費用
低。
關節型集成化程度高，整體性好，但需
要專業人員進行機械安裝。安裝空間較直角
坐標型小，但是其工作空間是其整個工作半
徑，工作區域需要做防護處理，故設備總占
地面積不小于直角坐標型。由于機械化程度
高及控制非常復雜，維修和維護必須由廠家
或供應商的專業人員完成（國外進口品牌的
維護費用在300元/小時左右），用戶往往面
臨兩個問題高價維修或報廢處理。
軟件編程操控和維護
從電氣系統到上位機直角坐標型都是開
放、靈活的，適用任何品牌的PLC、CNC、伺
服驅動系統，甚至可以按用戶熟悉品牌選定
。編程簡單，用戶可以隨意擴展，操控簡單
易操作。完全的交鑰匙工程，簡單程序問題
和硬件故障，客戶可以自行處理，例如更換
驅動電機、PLC等，維護費用低。
關機型機器人：軟件系統集成化，庫函
數直接調用，是其軟件優點。但編程和操控
必須由供應商通過專業培訓才能完成（廠家
軟件編程費用300元/小時），而且特殊軟件
需要收費。維護和維修完全受制于人，由于
品牌互相不兼容，硬件故障必須由供應商或
廠家直接提供，非市場通用產品，費用高昂
。
前期投入成本
不考慮后期維護維修費用，以60Kg負載
碼垛機器人為例：
直角坐標機器人：25~40萬
關節機器人：60~80萬
應用行業對比
應用場合直角坐標機器人關節機器人
焊接自動線用的較少主要用于汽車焊接
沖壓、焊接用的較少用的很多
噴涂直線往復噴涂較多異性噴涂很多
汽車裝配線比較普及用的很多
小零件裝配線幾乎全部采用占空間大，
安全措施要求高，幾乎不用
各種檢測線幾乎全部采用占空間大，安
全措施要求高，幾乎不用
大型碼垛應用主要采用較常見，但成本
高，維護難
車銑加工中心上下料幾乎全部采用成本
高，幾乎很少
沖壓自動化線幾乎全部采用用的較少
機構疲勞試驗幾乎全部采用幾乎不用
太陽能行業主要采用用的較少
曲形管內壁堆焊主要采用用的較少
各種自動化生產線主要采用用的較少
包裝機、印刷機等主要采用用的較少
