机器人主要有哪些类型?哪一类适合你的应用场景?

机器人类型

机器人的分类数量并没有统一标准答案。按照不同划分标准(机械结构、自由度、应用场景等),可将机器人分为3类、7类、20类,甚至上百种。

关键在于结合自身自动化需求,选择最具参考价值的分类方式。

对于评估工业机器人的企业与工程师而言,运动学结构、自由度、应用场景这三种分类方式实用性最强。

本文将介绍主流机器人类别,并讲解如何借助以上分类方式,挑选适配需求的机器人系统。

机器人有多少种类?

人们在了解机器人类别时常常感到困惑,因为不同资料给出的分类数量相差极大。有人将机器人分为3类,也有人分为7、20类。而这些划分方式其实都能成立,区别仅在于采用的分类标准不同。

目前业内公认的机器人分类体系至少有6种:

  1. 按行业标准分类(国际机器人联合会、美国机器人产业协会、日本机器人工业协会标准):依据机器人所属的官方规范类别进行划分。
  2. 按机械结构(运动学构型)分类:以机器人关节与连杆的组合形式划分,例如水平多关节机器人、并联机器人、多关节串联机器人。
  3. 按自由度分类:用数值表示机器人运动所需的独立运动参数数量。
  4. 按动力源(驱动方式)分类:依据机器人的动力来源划分,常见有电动、液压、气动。
  5. 按工作空间(坐标系)分类:根据机器人可到达作业区域的形状与范围划分,包括直角坐标、圆柱坐标、球坐标等类型。
  6. 按应用场景分类:按照工业及非工业用途划分,如钻孔、采矿、娱乐等领域所用机器人。

各类分类体系的受关注程度不尽相同。举例来说,相较于按工作空间分类,基于机械结构的机器人类别划分在各类资料中更为常见。

制造业机器人分类:三种最实用的划分方式

核心问题在于:结合你的实际场景,哪种机器人分类方式最为合适?

若计划在生产流程中引入机器人,以下三种分类方式实用性最高:

1. 按运动学结构分类:实用的入门划分方式

对比机器人时,最常用的方式就是参考其运动学结构。这种方法简便实用,能快速筛选出适配自动化项目的机器人类型。

按照该标准划分,常见机器人类型如下:

机器人类型关节构型工作空间形态适用场景
多关节机器人(六轴)旋转关节组+3个腕部关节月牙形/球形空间焊接、机械加工、装配
水平多关节机器人(SCARA)3个旋转关节+1个移动关节圆柱形空间电子元器件装配、搬运上下料
直角坐标/龙门机器人3个移动关节矩形/立方体空间大工件作业、物料搬运、高精度直线工序
并联机器人(德尔塔)并联闭环结构穹顶形空间高速分拣、轻小件抓取

运动学结构是对比机器人的有效方式,多数厂商也都会按照该维度对旗下机型进行分类标注。

2. 按自由度分类:实际应用解析

自由度(DoF)代表机器人能够完成的独立运动数量。若要在三维空间中对末端执行器进行定位和姿态调整,至少需要6个自由度,这也是六自由度机械臂成为工业机器人主流的原因。

我们可以按自由度将机器人分为以下几类:

  • 通用型六自由度机械臂——这是多数制造工序的标准配置,适用于焊接、机加工、装配、上下料等各类作业场景。
  • 冗余自由度机械臂(7轴及以上)——额外的自由度会提升编程难度,但也具备诸多优势,比如规避奇异位形、更灵活地避障运行。
  • 欠自由度机械臂(少于6轴)——SCARA机器人便属于此类。这类机器人并非功能不足,自由度减少虽会缩小作业空间,但通常能提升运行速度、定位精度,同时降低采购成本。
  • 超冗余自由度机器人——在制造业中应用较少,这类机器人自由度数量极高。典型代表为蛇形机器人,多用于狭小空间内的核设施检测等作业。

3. 按应用场景分类:按需选配机器人

在部分场景下,按用途划分机器人最为实用。当你需要适配特定工业工序的一体化成套方案时,这种分类方式能提供有效参考。

以下是机器人常见的部分应用领域:

焊接——焊接机器人可精准跟踪运动轨迹,且能适配各类焊具,既能保证焊接质量稳定,也提升了作业安全性。

码垛——多数工业机械臂都可用于码垛作业,同时也有专用码垛机器人,这类设备负载能力大,末端自由度结构为定制设计。

机械加工——相比传统数控机床,机器人的作业空间更大、灵活性更强。如今新一代高刚性机器人,已可完成硬质材料的加工工序。

检测——视觉引导机器人可用于产品质检,完成缺陷识别、公差检测与产品分拣等工作。

喷涂与表面处理——机器人可均匀完成涂漆、喷胶及各类涂层作业。喷涂机器人还有一项特殊要求:必须具备防爆性能。

需要注意的是,绝大多数机械臂都支持多场景复用。即便机器人最初是为某一道工序采购,后续若生产需求变更,也可调整用于其他作业。

机器人选型:决策思路框架

如何选出适配自身需求的机器人?

按照以下步骤依次考量,选型工作会变得更加简单:

  1. 明确应用场景——先梳理作业需求。很多工况都能搭配多种机器人方案。例如拾取搬运作业常用水平多关节机器人(SCARA),但结合速度、负载、作业空间等要求,也可选用并联机器人、六自由度机械臂或其他机型。
  2. 采购前开展仿真测试——借助RoboDK,你能在虚拟环境中针对同一任务快速对比多款机器人机型。在采购实体设备前完成验证,让选型更有把握。
  3. 确定运动学结构——完成上述环节后,基本就能确定适配工况的运动学结构,同时也会进一步锁定自由度的选择范围。
  4. 选定厂商与具体机型——最后确定采购型号。你可以使用RoboDK机器人模型库筛选适配机型,并直接导入仿真环境使用。

请牢记:合适的机器人,既要满足作业要求、适配现场场地,也要便于团队进行编程与后续功能改造。

Leave a Reply