協作機器人旨在與人類在共享工作空間中一起工作，通常不需要物理屏障或安全籠。協作機器人配備了先進的安全功能，例如力和扭矩傳感器，使它們能夠檢測并響應與人類或物體的意外接觸。這使它們能夠在靠近人類工人的情況下安全操作，提高生產力和效率，同時降低事故風險。

圖 4：FANUC 的協作機器人在工業環境中與人類工人無縫協作。

協作機器人通常比傳統工業機器人更緊湊、更輕，因此更容易集成到現有工作空間中。它們還被設計為用戶友好型，具有直觀的編程界面，使工人能夠快速學習并適應他們的操作。這減少了對專門培訓的需求，并使更廣泛的用戶可以使用協作機器人。

協作機器人的一種常見應用是輔助裝配，其中機器人和人類工人協作完成零件插入、擰緊或粘合等任務。協作機器人可以處理重復性或體力要求較高的任務，而人類工人則專注于需要更多靈活性、判斷力或創造力的任務。人類和機器人能力的結合可以提高生產力并減少工人的疲勞。

協作機器人的另一個應用是機器維護，機器人從機器（例如數控銑床或注塑機）上裝載和卸載零件。協作機器人可以通過編程以高精度和一致性執行這些任務，從而使人類工人能夠專注于更復雜的任務，例如質量控制或流程優化。

協作機器人還被用于拾取和放置應用，它們可以快速、準確地將物品從一個位置移動到另一個位置。這在電子制造等行業特別有用，在這些行業中，精度和速度對于維持高產量和質量標準至關重要。

隨著技術的不斷進步，協作機器人的能力預計將得到擴展，使它們能夠承擔更復雜的任務，并與人類工人更緊密地合作。人類和機器人之間的這種協作有可能徹底改變各個行業的工作方式，從而提高效率、生產力和工人滿意度。

機器人部件

機器人的基本組件是其操作不可或缺的一部分。這些關鍵要素協同工作，使機器人能夠導航、處理信息和執行任務。本節介紹機器人系統的一些關鍵組件。

機械結構

機器人的機械結構是其設計的一個關鍵方面，因為它決定了機器人的運動范圍、穩定性和整體性能。該結構通常由一系列互連的連桿和關節組成，形成機器人的運動鏈。這條鏈允許機器人在其環境中移動和操縱物體。

機器人結構主要有兩種：串行和并行

串行機器人結構由一系列端到端連接的連桿組成，每個連桿由單個關節連接。這種配置允許大范圍的運動，因為每個關節都有助于機器人的整體自由度。串行結構常用于關節型機器人，例如工業機器人手臂和人形機器人。串行結構的主要優點之一是其靈活性，因為它們可以輕松地重新配置以執行各種任務。然而，它們的剛性也較差，更容易受到振動的影響，這可能會影響它們的精度和準確度。

并聯機器人結構具有多個運動鏈，將機器人的底座連接到其末端執行器。這些鏈條并行工作，分布負載并提供更高的剛性和穩定性。并聯結構通常用于高精度應用，例如 Delta 機器人和六足機器人，其中精度和可重復性至關重要。并行結構的主要優點之一是其高剛度，可以實現更高的精度和更快的響應時間。然而，它們的設計和控制可能更加復雜，因為必須仔細協調每條鏈條的運動。

在設計機器人的機械結構時，工程師必須考慮機器人的預期應用、有效負載能力、工作空間要求和所需的精度水平等因素。通過選擇合適的結構和材料，工程師可以針對其特定用例優化機器人的性能，確保其能夠有效地執行任務，同時最大限度地減少能耗和組件磨損。

執行器

執行器是機器人的重要組成部分，負責將各種形式的能量轉換為機械運動。它們使機器人能夠移動關節、操縱物體并在其環境中執行任務。機器人技術中使用的執行器有多種類型，每種都有其獨特的特性和應用。

電動機

電動機是機器人技術中最常用的執行器類型，因為其效率高、精度高且易于控制。電動機通過磁場的相互作用將電能轉化為機械運動。機器人技術中使用的電動機有多種類型，包括：

●直流電機： 直流 (DC) 電機因其簡單且易于控制而廣泛應用于機器人領域。它們提供連續旋轉，并且可以輕松調節速度和扭矩。然而，直流電機可能需要更多的維護，因為它們的電刷和換向器會隨著時間的推移而磨損。

●無刷直流電機： 無刷直流電機提供與傳統直流電機相似的性能，但不需要電刷和換向器。這會降低維護要求并延長使用壽命。無刷直流電機通常用于需要高速、精度和效率的應用。

●步進電機： 步進電機是一種可提供精確增量運動的電動機，非常適合需要精確定位和控制的應用。它們通常用于機器人執行拾放操作和 CNC 加工等任務。

液壓執行器

液壓致動器使用加壓流體產生運動，通常用于需要高力和功率的機器人中。液壓系統可以提供高扭矩和精確控制，使其適用于重型起重和操縱等應用。然而，液壓執行器可能更復雜，并且需要額外的組件，例如泵、閥門和儲液器，這會增加機器人的整體尺寸和重量。

氣動執行器

氣動執行器使用壓縮空氣產生運動，通常用于需要快速、輕型和低成本解決方案的機器人。氣動系統可以提供快速驅動，通常用于拾放操作和機器人夾具等應用。然而，與電動或液壓系統相比，氣動執行器的精度和作用力可能較低。

在為機器人系統選擇執行器時，工程師必須考慮所需的力、速度、精度和能源效率等因素。通過選擇合適的執行器類型和配置，工程師可以針對其特定應用優化機器人的性能，確保其能夠有效地執行任務，同時最大限度地減少能耗和組件磨損。

傳感器

傳感器在機器人技術中發揮著至關重要的作用，因為它們為機器人提供有關其環境及其內部狀態的信息。這些數據對于機器人做出決策、導航周圍環境以及與物體和人類交互至關重要。機器人中使用了多種類型的傳感器，每種傳感器都設計用于測量特定屬性或檢測特定事件。

視覺傳感器

視覺傳感器是機器人技術中最常用的傳感器類型之一。這些傳感器包括攝像頭和激光雷達系統，可捕獲有關機器人環境的視覺信息。視覺傳感器可用于物體識別、障礙物檢測和導航等任務。例如，自主移動機器人通常依靠攝像頭和激光雷達來構建周圍環境的地圖并相應地規劃路徑。

力和扭矩傳感器

力和扭矩傳感器測量施加到機器人關節或末端執行器的力和扭矩。這些傳感器在需要精確力控制的應用中尤其重要，例如裝配或材料處理。通過監測機器人施加的力和扭矩，控制系統可以調整其運動，以確保施加所需的力，而不會對機器人或其交互的物體造成損壞。

接近傳感器

接近傳感器檢測機器人附近是否存在物體或障礙物。這些傳感器可以基于各種技術，例如紅外、超聲波或電容傳感。接近傳感器通常用于防撞系統，幫助機器人在其環境中導航，而不會接觸到障礙物或其他機器人。

觸覺傳感器

觸覺傳感器提供有關機器人與物體或表面接觸的信息。這些傳感器可用于檢測物體的存在、測量施加的力或確定物體的屬性，例如其紋理或溫度。觸覺傳感器在需要精細操作的應用中特別有用，例如抓取易碎物品或執行涉及人機交互的任務。

慣性傳感器

慣性傳感器，例如加速度計和陀螺儀，測量機器人的線性和角運動。這些傳感器對于需要精確控制機器人運動的任務至關重要，例如平衡或在不平坦的地形中導航。當其他信息源（例如視覺傳感器）不可用時，慣性傳感器還可用于估計機器人的位置和方向。

通過將各種類型的傳感器集成到機器人的設計中，工程師可以創建能夠以更智能和適應性更強的方式感知環境并做出響應的系統。這使得機器人能夠執行復雜的任務并以安全有效的方式與人類和物體交互。