协作机器人旨在与人类在共享工作空间中一起工作，通常不需要物理屏障或安全笼。协作机器人配备了先进的安全功能，例如力和扭矩传感器，使它们能够检测并响应与人类或物体的意外接触。这使它们能够在靠近人类工人的情况下安全操作，提高生产力和效率，同时降低事故风险。

图 4：FANUC 的协作机器人在工业环境中与人类工人无缝协作。

协作机器人通常比传统工业机器人更紧凑、更轻，因此更容易集成到现有工作空间中。它们还被设计为用户友好型，具有直观的编程界面，使工人能够快速学习并适应他们的操作。这减少了对专门培训的需求，并使更广泛的用户可以使用协作机器人。

协作机器人的一种常见应用是辅助装配，其中机器人和人类工人协作完成零件插入、拧紧或粘合等任务。协作机器人可以处理重复性或体力要求较高的任务，而人类工人则专注于需要更多灵活性、判断力或创造力的任务。人类和机器人能力的结合可以提高生产力并减少工人的疲劳。

协作机器人的另一个应用是机器维护，机器人从机器（例如数控铣床或注塑机）上装载和卸载零件。协作机器人可以通过编程以高精度和一致性执行这些任务，从而使人类工人能够专注于更复杂的任务，例如质量控制或流程优化。

协作机器人还被用于拾取和放置应用，它们可以快速、准确地将物品从一个位置移动到另一个位置。这在电子制造等行业特别有用，在这些行业中，精度和速度对于维持高产量和质量标准至关重要。

随着技术的不断进步，协作机器人的能力预计将得到扩展，使它们能够承担更复杂的任务，并与人类工人更紧密地合作。人类和机器人之间的这种协作有可能彻底改变各个行业的工作方式，从而提高效率、生产力和工人满意度。

机器人部件

机器人的基本组件是其操作不可或缺的一部分。这些关键要素协同工作，使机器人能够导航、处理信息和执行任务。本节介绍机器人系统的一些关键组件。

机械结构

机器人的机械结构是其设计的一个关键方面，因为它决定了机器人的运动范围、稳定性和整体性能。该结构通常由一系列互连的连杆和关节组成，形成机器人的运动链。这条链允许机器人在其环境中移动和操纵物体。

机器人结构主要有两种：串行和并行

串行机器人结构由一系列端到端连接的连杆组成，每个连杆由单个关节连接。这种配置允许大范围的运动，因为每个关节都有助于机器人的整体自由度。串行结构常用于关节型机器人，例如工业机器人手臂和人形机器人。串行结构的主要优点之一是其灵活性，因为它们可以轻松地重新配置以执行各种任务。然而，它们的刚性也较差，更容易受到振动的影响，这可能会影响它们的精度和准确度。

并联机器人结构具有多个运动链，将机器人的底座连接到其末端执行器。这些链条并行工作，分布负载并提供更高的刚性和稳定性。并联结构通常用于高精度应用，例如 Delta 机器人和六足机器人，其中精度和可重复性至关重要。并行结构的主要优点之一是其高刚度，可以实现更高的精度和更快的响应时间。然而，它们的设计和控制可能更加复杂，因为必须仔细协调每条链条的运动。

在设计机器人的机械结构时，工程师必须考虑机器人的预期应用、有效负载能力、工作空间要求和所需的精度水平等因素。通过选择合适的结构和材料，工程师可以针对其特定用例优化机器人的性能，确保其能够有效地执行任务，同时最大限度地减少能耗和组件磨损。

执行器

执行器是机器人的重要组成部分，负责将各种形式的能量转换为机械运动。它们使机器人能够移动关节、操纵物体并在其环境中执行任务。机器人技术中使用的执行器有多种类型，每种都有其独特的特性和应用。

电动机

电动机是机器人技术中最常用的执行器类型，因为其效率高、精度高且易于控制。电动机通过磁场的相互作用将电能转化为机械运动。机器人技术中使用的电动机有多种类型，包括：

●直流电机： 直流 (DC) 电机因其简单且易于控制而广泛应用于机器人领域。它们提供连续旋转，并且可以轻松调节速度和扭矩。然而，直流电机可能需要更多的维护，因为它们的电刷和换向器会随着时间的推移而磨损。

●无刷直流电机： 无刷直流电机提供与传统直流电机相似的性能，但不需要电刷和换向器。这会降低维护要求并延长使用寿命。无刷直流电机通常用于需要高速、精度和效率的应用。

●步进电机： 步进电机是一种可提供精确增量运动的电动机，非常适合需要精确定位和控制的应用。它们通常用于机器人执行拾放操作和 CNC 加工等任务。

液压执行器

液压致动器使用加压流体产生运动，通常用于需要高力和功率的机器人中。液压系统可以提供高扭矩和精确控制，使其适用于重型起重和操纵等应用。然而，液压执行器可能更复杂，并且需要额外的组件，例如泵、阀门和储液器，这会增加机器人的整体尺寸和重量。

气动执行器

气动执行器使用压缩空气产生运动，通常用于需要快速、轻型和低成本解决方案的机器人。气动系统可以提供快速驱动，通常用于拾放操作和机器人夹具等应用。然而，与电动或液压系统相比，气动执行器的精度和作用力可能较低。

在为机器人系统选择执行器时，工程师必须考虑所需的力、速度、精度和能源效率等因素。通过选择合适的执行器类型和配置，工程师可以针对其特定应用优化机器人的性能，确保其能够有效地执行任务，同时最大限度地减少能耗和组件磨损。

传感器

传感器在机器人技术中发挥着至关重要的作用，因为它们为机器人提供有关其环境及其内部状态的信息。这些数据对于机器人做出决策、导航周围环境以及与物体和人类交互至关重要。机器人中使用了多种类型的传感器，每种传感器都设计用于测量特定属性或检测特定事件。

视觉传感器

视觉传感器是机器人技术中最常用的传感器类型之一。这些传感器包括摄像头和激光雷达系统，可捕获有关机器人环境的视觉信息。视觉传感器可用于物体识别、障碍物检测和导航等任务。例如，自主移动机器人通常依靠摄像头和激光雷达来构建周围环境的地图并相应地规划路径。

力和扭矩传感器

力和扭矩传感器测量施加到机器人关节或末端执行器的力和扭矩。这些传感器在需要精确力控制的应用中尤其重要，例如装配或材料处理。通过监测机器人施加的力和扭矩，控制系统可以调整其运动，以确保施加所需的力，而不会对机器人或其交互的物体造成损坏。

接近传感器

接近传感器检测机器人附近是否存在物体或障碍物。这些传感器可以基于各种技术，例如红外、超声波或电容传感。接近传感器通常用于防撞系统，帮助机器人在其环境中导航，而不会接触到障碍物或其他机器人。

触觉传感器

触觉传感器提供有关机器人与物体或表面接触的信息。这些传感器可用于检测物体的存在、测量施加的力或确定物体的属性，例如其纹理或温度。触觉传感器在需要精细操作的应用中特别有用，例如抓取易碎物品或执行涉及人机交互的任务。

惯性传感器

惯性传感器，例如加速度计和陀螺仪，测量机器人的线性和角运动。这些传感器对于需要精确控制机器人运动的任务至关重要，例如平衡或在不平坦的地形中导航。当其他信息源（例如视觉传感器）不可用时，惯性传感器还可用于估计机器人的位置和方向。

通过将各种类型的传感器集成到机器人的设计中，工程师可以创建能够以更智能和适应性更强的方式感知环境并做出响应的系统。这使得机器人能够执行复杂的任务并以安全有效的方式与人类和物体交互。