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來(lái)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用。這類(lèi)機器人的此種并聯(lián)運動(dòng)學(xué)特性使得快速、準確地運動(dòng)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(dòng)臂在帶有照明效果的電子器件生產(chǎn)線(xiàn)上的使用情況。- 素材照片（圖片來(lái)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(dòng)的裝配和包裝生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行操作。這種機器人的工作容積比鉸接臂小得多，進(jìn)入有限空間的能力也非常有限。也就是說(shuō)，剛度和可重復性是這種機器人在精密工件的高精度加工過(guò)程中的有利條件——包括在裝配過(guò)程中的半導體器件。 并聯(lián)機器人的背景知識 工業(yè)機器人大致可分為移動(dòng)機器人、串聯(lián)機械手或并聯(lián)機械手。 移動(dòng)機器人包括地面自主車(chē)輛 (AGV) 和自動(dòng)叉車(chē)，這類(lèi)機器人經(jīng)設定后，主要用于在工廠(chǎng)和倉庫中移動(dòng)材料。 歸類(lèi)為串聯(lián)機械手的機器人具有一連串用來(lái)連接固定基座和終端效應器的運動(dòng)聯(lián)桿；這類(lèi)機器人包括鉸接臂和線(xiàn)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，但這種結構往往將六軸機器人的精確度限制在數個(gè)毫米之內...而且在快速移動(dòng)到新位置并停止后，其末端效應器將振蕩一段時(shí)間后才會(huì )穩定下來(lái)。 在許多與并聯(lián)機器人相同的應用中，有一種串聯(lián)機械手是選擇性順應鉸接式機械臂或 SCARA 機器人。這種機器人在機械方面相當簡(jiǎn)單，有兩個(gè)旋轉式關(guān)節，以使其軸線(xiàn)相互平行，同時(shí)和第三條線(xiàn)性軸平行。兩個(gè)旋轉式關(guān)節提供單一平面內的 X - Y 定位，而第三個(gè)線(xiàn)性軸則提供沿 Z 方向上的運動(dòng)。雖然 SCARA 可能沒(méi)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行任務(wù)——甚至是在狹窄空間內。
圖 2：并聯(lián)機器人是一種并聯(lián)機械手，有三個(gè)平行四邊形同時(shí)連接至位于末端效應器端部的剛性體上�？梢栽谙鄬τ跈C器人基座的一個(gè)自由度上驅動(dòng)每個(gè)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(jìn)行操作。（圖片來(lái)源：Wikimedia Commons） 與串聯(lián)機械手相比，歸類(lèi)為并聯(lián)機械手的機器人（包括并聯(lián)機器人）有多個(gè)運動(dòng)學(xué)聯(lián)桿將末端效應器與底座連接起來(lái)。這種形態(tài)的機器人其自身結構比串聯(lián)式機器人的結構更堅固、剛性更強、重量更輕。這種輕型、剛性結構使得并聯(lián)機器人能夠迅速加速，實(shí)現非常短的操作周期。另一類(lèi)型并聯(lián)機械手是 Stewart 平臺或六爪機器人；這類(lèi)機器人擁有最高的剛度、精度和速度——通常用于在精密光學(xué)應用中實(shí)時(shí)校正振動(dòng)。
圖 3：如圖所示為采用了并聯(lián)機器人、SCARA 機器人和移動(dòng)機器人的 視覺(jué)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(lái)源：KUKA） 通常情況下，并聯(lián)機器人的每個(gè)平行四邊形都是由旋轉電機以線(xiàn)性驅動(dòng)方式來(lái)驅動(dòng)的。（Igus Drylin 系列的低成本并聯(lián)機器人采用了一種不太常見(jiàn)的線(xiàn)性驅動(dòng)配置）。平行四邊形的耦合限制了末端效應器只能進(jìn)行平移。這使其具有了與三軸線(xiàn)性機器相同的運動(dòng)度，但結構更堅硬、重量更輕。這種配置的另一個(gè)優(yōu)勢在于，驅動(dòng)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(dòng)部件都是受驅式輕型結構件。一些并聯(lián)機器人在末端效應器上以串聯(lián)方式安裝了額外的旋轉軸，以提供四、五或六軸運動(dòng)。 并聯(lián)機器人應用概述 并聯(lián)機器人廣泛用于電子組裝以及食品、藥品包裝的拾放應用。當并聯(lián)機器人在一個(gè)或多個(gè)傳送帶或移動(dòng)裝配平臺上工作時(shí)，工件被傳送或以其他方式輸送到該機器人的工作范圍內。然后，視覺(jué)系統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(shí)間或以其他方式操作該零件。
圖 4：這種由伺服電機驅動(dòng)的并聯(lián)機器人在三個(gè)自由度 (DOF) 以及一個(gè)旋轉軸上以每分鐘 200 個(gè)周期的速度移動(dòng)�？刂破髂芤� 2 毫秒的響應時(shí)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(shí)上，另一種并聯(lián)器人是 Quattro。這種機器人有四個(gè)而不是三個(gè)平行四邊形與底座和末端效應器連接，以便在高速下實(shí)現高剛性和定位精確度。（圖片來(lái)源：Omron Automation） 因此，并聯(lián)機器人可能會(huì )抓取物品，然后將其移動(dòng)到所需的位置。接下來(lái)，機器人可能會(huì )在目標地點(diǎn)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(gè)并聯(lián)機器人通常沿著(zhù)一條有兩條平行且連續移動(dòng)的傳送帶的生產(chǎn)線(xiàn)同時(shí)工作，進(jìn)行即時(shí)拾放操作。中央控制系統會(huì )協(xié)調這種裝置的系統——嚴重依賴(lài)機器視覺(jué)來(lái)通知機器人具體的控制路徑。每個(gè)單獨的拾放操作只需在幾分之一秒內即可完成。 通過(guò)幾個(gè)并聯(lián)機器人同時(shí)操作，可以進(jìn)行非�？焖俚慕M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(lái)運輸、處理印刷電路板 (PCB) 和部件、PCB 組件和設備組件。 PCB 是通過(guò)非導電基材和銅層實(shí)現分層的。電路布局通常用平版印刷法印刷在板子上；然后用化學(xué)方法蝕刻掉其余銅層。然后采用不導電焊接掩模，以防止緊密定位的元器件和銅印制線(xiàn)之間出現焊接橋連。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，但現在這種情況已不多見(jiàn)。通孔元器件的引線(xiàn)通過(guò)電路板上的孔插入，并在電路板反面進(jìn)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是 SMT 元器件；因為這種元器件更適合高度自動(dòng)化的批量制造。也就是說(shuō)，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(guò)裝配工作單元的圖（圖片來(lái)源：Getty Images） 對于這兩種 PCB 元器件的安裝，機器視覺(jué)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(gè)元器件的設計。一個(gè)機器人末端效應器也可以涂抹錫膏，另一個(gè)機器人則可以用來(lái)加熱，為已安裝的元器件進(jìn)行電氣連接。除此之外，還可通過(guò)波峰焊技術(shù)連接部件...盡管這類(lèi)機器很昂貴...但最適大規模批量生產(chǎn)。對于插入機器來(lái)說(shuō)，過(guò)于龐大的元器件往往以手工方式裝配到半導體板上，這樣導致了更高的成本。對于元器件之間難以觸及的位置，也可能需要手動(dòng)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(jìn)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(xiàn)性拾放機器機更容易配置。畢竟，后者又大又重——類(lèi)似于數控機床。線(xiàn)性系統很難移動(dòng)，而且后續還可能需要昂貴且耗時(shí)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(diǎn)安裝后，并聯(lián)機器人只需運行簡(jiǎn)單的自我校準程序即可恢復正常運行。
圖 6：有些并聯(lián)機器人通過(guò)五個(gè)軸移動(dòng)，為各種類(lèi)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(jìn)行分揀、進(jìn)給、拾取、調整方向和放置——以滿(mǎn)足需要高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)設施的要求。在一個(gè)名為 OmniCore 的緊湊型并聯(lián)機器人控制器的控制下，該系統實(shí)現了高性能運動(dòng)控制、數字連接和一千多種編程功能。（圖片來(lái)源：ABB） 并聯(lián)機器人的選擇豐富多樣。與大多數主要生產(chǎn)鉸接臂機器人的工業(yè)機器人制造商不同，Codian Robotics 專(zhuān)注于并聯(lián)機器人。該供應商的并聯(lián)機器人具有 1.5 kg 至 125 kg 有效載荷，可執行小至微小電子元器件，大到許多大型設計的轉配任務(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�，F有產(chǎn)品的型號是 IRB 360，這是一款末端效應器串聯(lián)了兩個(gè)輔助旋轉軸的并聯(lián)機器人，可實(shí)現五軸運動(dòng)。這類(lèi)機器人針對拾放操作進(jìn)行了優(yōu)化。 Fanuc 生產(chǎn)的并聯(lián)機器人包括兩個(gè)系列。M 系列包括用于裝配小部件（最常見(jiàn)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(dòng)速度高達 5.5 m/s，有效載荷高達 8 kg。 結束語(yǔ) 并聯(lián)機器人讓電子制造業(yè)實(shí)現了經(jīng)濟、靈活的自動(dòng)化。與其他機器人和自動(dòng)拾放機器相比，這類(lèi)機器人通常具有更高的速度和靈活性。 |
