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來源：Digi-Key 作者：Jody Muelaner 并聯(lián)機器人的體積相對較小，用于食品、藥品包裝以及電子器件裝配。并聯(lián)機器人具有出色的精度和高速性能，使其非常適合這些應(yīng)用。這類機器人的此種并聯(lián)運動學特性使得快速、準確地運動成為可能，也使其擁有了與鉸接臂機器人截然不同的蜘蛛般外形。 
圖 1：機器人聯(lián)動臂在帶有照明效果的電子器件生產(chǎn)線上的使用情況。- 素材照片（圖片來源：Phuchit • Getty Images） 并聯(lián)機器人一般情況下安裝在天花板上，以便從上方在移動的裝配和包裝生產(chǎn)線進行操作。這種機器人的工作容積比鉸接臂小得多，進入有限空間的能力也非常有限。也就是說，剛度和可重復(fù)性是這種機器人在精密工件的高精度加工過程中的有利條件——包括在裝配過程中的半導(dǎo)體器件。 并聯(lián)機器人的背景知識 工業(yè)機器人大致可分為移動機器人、串聯(lián)機械手或并聯(lián)機械手。 移動機器人包括地面自主車輛 (AGV) 和自動叉車，這類機器人經(jīng)設(shè)定后，主要用于在工廠和倉庫中移動材料。 歸類為串聯(lián)機械手的機器人具有一連串用來連接固定基座和終端效應(yīng)器的運動聯(lián)桿；這類機器人包括鉸接臂和線性機器人。由于每根聯(lián)桿的剛度和位置精確度都取決于前一根聯(lián)桿，因此，聯(lián)桿離基座越遠，串行機械手的精確度和剛度就越低。雖然有例外，但這種結(jié)構(gòu)往往將六軸機器人的精確度限制在數(shù)個毫米之內(nèi)...而且在快速移動到新位置并停止后，其末端效應(yīng)器將振蕩一段時間后才會穩(wěn)定下來。 在許多與并聯(lián)機器人相同的應(yīng)用中，有一種串聯(lián)機械手是選擇性順應(yīng)鉸接式機械臂或 SCARA 機器人。這種機器人在機械方面相當簡單，有兩個旋轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)，以使其軸線相互平行，同時和第三條線性軸平行。兩個旋轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)提供單一平面內(nèi)的 X - Y 定位，而第三個線性軸則提供沿 Z 方向上的運動。雖然 SCARA 可能沒有并聯(lián)機器人那樣的精度，但其成本相對較低并能相當快速地執(zhí)行任務(wù)——甚至是在狹窄空間內(nèi)。
圖 2：并聯(lián)機器人是一種并聯(lián)機械手，有三個平行四邊形同時連接至位于末端效應(yīng)器端部的剛性體上。可以在相對于機器人基座的一個自由度上驅(qū)動每個平行四邊形的基座。并聯(lián)機器人通常安裝在天花板上，在輸送機或工件上方進行操作。（圖片來源：Wikimedia Commons） 與串聯(lián)機械手相比，歸類為并聯(lián)機械手的機器人（包括并聯(lián)機器人）有多個運動學聯(lián)桿將末端效應(yīng)器與底座連接起來。這種形態(tài)的機器人其自身結(jié)構(gòu)比串聯(lián)式機器人的結(jié)構(gòu)更堅固、剛性更強、重量更輕。這種輕型、剛性結(jié)構(gòu)使得并聯(lián)機器人能夠迅速加速，實現(xiàn)非常短的操作周期。另一類型并聯(lián)機械手是 Stewart 平臺或六爪機器人；這類機器人擁有最高的剛度、精度和速度——通常用于在精密光學應(yīng)用中實時校正振動。
圖 3：如圖所示為采用了并聯(lián)機器人、SCARA 機器人和移動機器人的 視覺加載式工作單元。并聯(lián)機器人采用不銹鋼制造，符合 IP-67 級要求。（圖片來源：KUKA） 通常情況下，并聯(lián)機器人的每個平行四邊形都是由旋轉(zhuǎn)電機以線性驅(qū)動方式來驅(qū)動的。（Igus Drylin 系列的低成本并聯(lián)機器人采用了一種不太常見的線性驅(qū)動配置）。平行四邊形的耦合限制了末端效應(yīng)器只能進行平移。這使其具有了與三軸線性機器相同的運動度，但結(jié)構(gòu)更堅硬、重量更輕。這種配置的另一個優(yōu)勢在于，驅(qū)動電機的本體位于（通常是安裝在天花板上的）底座中，因此這種機器人的所有運動部件都是受驅(qū)式輕型結(jié)構(gòu)件。一些并聯(lián)機器人在末端效應(yīng)器上以串聯(lián)方式安裝了額外的旋轉(zhuǎn)軸，以提供四、五或六軸運動。 并聯(lián)機器人應(yīng)用概述 并聯(lián)機器人廣泛用于電子組裝以及食品、藥品包裝的拾放應(yīng)用。當并聯(lián)機器人在一個或多個傳送帶或移動裝配平臺上工作時，工件被傳送或以其他方式輸送到該機器人的工作范圍內(nèi)。然后，視覺系統(tǒng)識別零件的確切位置和方向，以指引機器人抓取零件的位置和時間或以其他方式操作該零件。
圖 4：這種由伺服電機驅(qū)動的并聯(lián)機器人在三個自由度 (DOF) 以及一個旋轉(zhuǎn)軸上以每分鐘 200 個周期的速度移動。控制器能以 2 毫秒的響應(yīng)時間控制這些機器人的軸，以便與輸送機和其他任務(wù)同步。事實上，另一種并聯(lián)器人是 Quattro。這種機器人有四個而不是三個平行四邊形與底座和末端效應(yīng)器連接，以便在高速下實現(xiàn)高剛性和定位精確度。（圖片來源：Omron Automation） 因此，并聯(lián)機器人可能會抓取物品，然后將其移動到所需的位置。接下來，機器人可能會在目標地點和方向上將物品放下。例如，并聯(lián)機器人可以在傳送帶上隨機抓取電子元器件，并將其組裝到由第二條傳送帶送至工作單元的電路板上。 多個并聯(lián)機器人通常沿著一條有兩條平行且連續(xù)移動的傳送帶的生產(chǎn)線同時工作，進行即時拾放操作。中央控制系統(tǒng)會協(xié)調(diào)這種裝置的系統(tǒng)——嚴重依賴機器視覺來通知機器人具體的控制路徑。每個單獨的拾放操作只需在幾分之一秒內(nèi)即可完成。 通過幾個并聯(lián)機器人同時操作，可以進行非常快速的組裝和包裝。 電子制造業(yè)特有的并聯(lián)機器人的用途 電子制造行業(yè)依靠并聯(lián)機器人來運輸、處理印刷電路板 (PCB) 和部件、PCB 組件和設(shè)備組件。 PCB 是通過非導(dǎo)電基材和銅層實現(xiàn)分層的。電路布局通常用平版印刷法印刷在板子上；然后用化學方法蝕刻掉其余銅層。然后采用不導(dǎo)電焊接掩模，以防止緊密定位的元器件和銅印制線之間出現(xiàn)焊接橋連。PCB 組裝包括放置、焊接通孔或表面貼裝 (SMT) 元器件。老式印刷電路板只使用通孔元器件，但現(xiàn)在這種情況已不多見。通孔元器件的引線通過電路板上的孔插入，并在電路板反面進行焊接，以獲得更大的機械強度，但這一額外步驟增加了組裝難度。難怪目前在小型元器件中絕大多數(shù)是 SMT 元器件；因為這種元器件更適合高度自動化的批量制造。也就是說，對于如電容器、變壓器和連接器等較大的元器件，往往仍然需要采用通孔安裝方式安裝。
圖 5：輸送帶上的電子板通過裝配工作單元的圖（圖片來源：Getty Images） 對于這兩種 PCB 元器件的安裝，機器視覺輔以并聯(lián)機器人能夠在元器件在電路板上安裝之前檢查其變化和方向。為了達到高產(chǎn)量，機器人拾放頭可以采用一次處理多個元器件的設(shè)計。一個機器人末端效應(yīng)器也可以涂抹錫膏，另一個機器人則可以用來加熱，為已安裝的元器件進行電氣連接。除此之外，還可通過波峰焊技術(shù)連接部件...盡管這類機器很昂貴...但最適大規(guī)模批量生產(chǎn)。對于插入機器來說，過于龐大的元器件往往以手工方式裝配到半導(dǎo)體板上，這樣導(dǎo)致了更高的成本。對于元器件之間難以觸及的位置，也可能需要手動涂抹焊料。 對于后者，并聯(lián)機器人可以取代人工操作，放置較大的元器件以及在這些元器件之間進行焊接操作。 并聯(lián)機器人的成本也可以低得多，而且遠比線性拾放機器機更容易配置。畢竟，后者又大又重——類似于數(shù)控機床。線性系統(tǒng)很難移動，而且后續(xù)還可能需要昂貴且耗時的重新校準。相比之下，并聯(lián)機器人體積小，重量輕，可以相當頻繁地搬遷。在新的地點安裝后，并聯(lián)機器人只需運行簡單的自我校準程序即可恢復(fù)正常運行。
圖 6：有些并聯(lián)機器人通過五個軸移動，為各種類型的物體定向。本文所示的 IRB 365 能夠以每分鐘 120 次的速度對重 1 公斤的產(chǎn)品進行分揀、進給、拾取、調(diào)整方向和放置——以滿足需要高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)設(shè)施的要求。在一個名為 OmniCore 的緊湊型并聯(lián)機器人控制器的控制下，該系統(tǒng)實現(xiàn)了高性能運動控制、數(shù)字連接和一千多種編程功能。（圖片來源：ABB） 并聯(lián)機器人的選擇豐富多樣。與大多數(shù)主要生產(chǎn)鉸接臂機器人的工業(yè)機器人制造商不同，Codian Robotics 專注于并聯(lián)機器人。該供應(yīng)商的并聯(lián)機器人具有 1.5 kg 至 125 kg 有效載荷，可執(zhí)行小至微小電子元器件，大到許多大型設(shè)計的轉(zhuǎn)配任務(wù)。Mitsubishi Electric 將 Codian并聯(lián)機器人與 Mitsubishi 控制器配套使用。 ABB 的并聯(lián)機器人品牌為 FlexPicker。現(xiàn)有產(chǎn)品的型號是 IRB 360，這是一款末端效應(yīng)器串聯(lián)了兩個輔助旋轉(zhuǎn)軸的并聯(lián)機器人，可實現(xiàn)五軸運動。這類機器人針對拾放操作進行了優(yōu)化。 Fanuc 生產(chǎn)的并聯(lián)機器人包括兩個系列。M 系列包括用于裝配小部件（最常見的電子產(chǎn)品）的小型機器人以及大型機器人。M 系列機器人包括三軸、四軸和五軸配置。DR-3iB 系列機器人是較大型四軸機器人，用于分揀和包裝，其運動速度高達 5.5 m/s，有效載荷高達 8 kg。 結(jié)束語 并聯(lián)機器人讓電子制造業(yè)實現(xiàn)了經(jīng)濟、靈活的自動化。與其他機器人和自動拾放機器相比，這類機器人通常具有更高的速度和靈活性。 |
