这是一个非常重要的话题，因为单台工业机器人就像一个强壮但“目不能视、手不能触”的工人，而辅助装置则赋予了它感知、执行和适应复杂任务的能力，是构成完整自动化解决方案的关键。
可以把工业机器人想象成人的“躯干和手臂”，而辅助装置就是它的“眼睛、触觉、工具和辅助手脚”。
什么是工业机器人辅助装置？
工业机器人辅助装置，也常被称为末端执行器、外围设备或周边设备，是指安装在机器人手腕末端（法兰盘）上，或在工作单元中与机器人协同工作的所有设备，它们的功能是扩展机器人的应用范围，提高其灵活性、精度和智能化水平，使其能够完成焊接、搬运、装配、检测、喷涂等各种复杂任务。
辅助装置的分类及详解
辅助装置可以从功能和安装位置上进行分类，以下是主要的几大类,并附有具体说明和应用场景：
末端执行器 - 直接安装在机器人手腕上
这是最核心的一类辅助装置，直接决定了机器人“手”能做什么。
| 类别 | 中文名 | 功能描述 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 夹爪 | 机械式/气动夹爪 | 最常见的抓取工具，通过气动、电动或液压驱动手指开合，结构简单，成本较低。 | 搬运标准形状的箱子、托盘、零件（如汽车零部件）。 |
| 真空吸盘 | 利用真空负压吸附工件，适用于表面平整、光滑的物体。 | 搬运玻璃面板、纸张、金属薄板、手机屏幕等。 | |
| 电磁吸盘 | 利用电磁力吸附具有导磁性的工件（如钢铁）。 | 搬运钢材、铸铁零件等。 | |
| 专用工具 | 为特定任务定制的工具，是机器人功能扩展的关键。 | 焊接枪（弧焊、点焊）、喷涂枪、螺丝刀/电批、胶枪、研磨/抛光工具。 |
传感系统 - 赋予机器人“感知”能力
传感器让机器人从“盲操”变为“有感知的操作”,是实现柔性化和智能化的基础。
| 类别 | 中文名 | 功能描述 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 视觉系统 | 2D/3D 视觉相机 | 2D相机用于识别物体的位置、方向和有无；3D相机（如激光轮廓、结构光）可获取物体的三维形貌、体积和深度信息。 | 工件定位与识别：引导机器人抓取随机摆放的零件；尺寸测量：检测产品尺寸是否合格；视觉引导：引导机器人进行高精度装配。 |
| 力/力矩传感器 | 六维力/力矩传感器 | 安装在机器人手腕上，能精确测量XYZ三个方向的力和三个方向的力矩。 | 精密装配：插入轴孔时感知接触力，避免零件损坏；路径跟踪：在打磨或去毛刺时，根据接触力调整机器人姿态；力控打磨：恒力控制，保证打磨质量。 |
| 触觉传感器 | 指尖传感器 | 安装在夹爪指尖，感知接触压力、滑动和形状。 | 抓取确认：确保夹爪已牢固抓住工件，防止掉落；柔性抓取：抓取易碎品（如鸡蛋、玻璃）时施加恰到好处的力。 |
| 接近/距离传感器 | 激光测距传感器、光电传感器 | 在接触前检测与物体的距离或有无。 | 避障：机器人路径上检测是否有障碍物；防碰撞：在接近工件或夹具时减速，防止碰撞；工件有无检测。 |
变位机与定位设备 - 提供稳定的“工作台”
这些设备承载工件,并使其运动到机器人最佳的工作位置和姿态。
| 类别 | 中文名 | 功能描述 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 变位机 | 头尾架式变位机 | 承载大型工件（如汽车车架、管道），通过旋转和倾斜，使机器人总能以最佳姿态（如平焊）进行加工。 | 大型结构件焊接、重型构件切割。 |
| L型/双轴变位机 | 结构紧凑，适合焊接中小型箱体、环缝等。 | 减速机壳体焊接、法兰焊接。 | |
| 伺服变位机 | 由伺服电机驱动，运动精确、平稳，可与机器人运动联动，实现同步焊接。 | 高要求的自动化焊接工作站。 | |
| 定位台 | 精密定位滑台 | 在一个或多个直线上进行高精度移动。 | 激光切割/打标：移动工件，实现大面积加工；检测：带动工件在相机下进行扫描检测。 |
| 旋转台 | 承载工件进行360度旋转。 | 螺丝锁付：将工件旋转至机器人易于操作的位置；视觉检测：旋转工件进行360度全景拍照。 |
安全与通信设备 - 保障系统“安全、高效”运行
| 类别 | 中文名 | 功能描述 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 安全设备 | 安全围栏、光栅 | 将机器人工作区域与人工作业区域隔离，当人进入时，机器人立即停止，防止发生安全事故。 | 几乎所有与人共享工作空间的机器人应用。 |
| 安全PLC | 作为安全控制的核心，监控安全信号（如急停按钮、安全门开关、光栅信号），确保系统在安全状态下运行。 | 构建完整的机器人安全系统。 | |
| 通信与控制 | I/O模块 | 连接机器人控制器与外围设备（如传感器、气动阀、夹爪），实现信号交换和逻辑控制。 | 机器人夹爪的开闭、传送台的启停等。 |
| 以太网/总线系统 | 实现机器人控制器、PLC、HMI（人机界面）、视觉系统等设备之间的高速、可靠通信。 | 复杂自动化系统中的数据同步和指令下发。 |
其他辅助设备
| 类别 | 中文名 | 功能描述 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 工具快换装置 | Tool Changer | 允许机器人在不停止运行的情况下，快速更换手腕上的末端执行器（如从夹爪换成焊枪）。 | 柔性制造单元：一台机器人可以完成抓取、焊接、检测等多个工序，大幅提高设备利用率。 |
| 能源/介质供应 | 管线包 | 为末端工具提供能源和介质，包括电线、气管、水管、焊枪电缆、气管接头等。 | 所有需要外部能源的工具，如焊接、喷涂、打磨。 |
| 滑环 | 安装在机器人基座或旋转轴上，用于在机器人旋转时，持续稳定地传输电能、信号或流体。 | 机器人需要360度或无限旋转的应用，如大型龙门机器人。 |
典型应用场景中的辅助装置组合
理解了单个装置,更重要的是看它们如何协同工作。
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机器人焊接工作站
- 核心设备：工业机器人
- 末端执行器：焊接枪（弧焊/点焊）
- 传感系统：2D/3D视觉（用于寻位和焊缝跟踪）、力传感器（用于压力接触）
- 定位设备：伺服变位机（带动工件旋转,配合机器人焊接）
- 安全设备：安全围栏、光栅
- 通信：与PLC、焊接电源通过以太网通信
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机器人柔性搬运与装配线
- 核心设备：工业机器人
- 末端执行器：电动夹爪（可编程力控）、真空吸盘
- 传感系统：3D视觉相机（识别和定位随机来料）、指尖传感器（确认抓取）
- 定位设备：定位台（将零件移动到装配位）、传送带
- 其他：工具快换装置（更换不同夹爪以抓取不同零件）、工具架（存放备用夹爪）
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机器人码垛工作站
- 核心设备：工业机器人
- 末端执行器：真空吸盘（针对纸箱）或气动夹爪（针对袋装/桶装）
- 传感系统：光电传感器（检测料垛有无/满垛）、视觉系统（识别料袋位置）
- 定位设备：输送线（将产品送到机器人工作范围）
- 安全设备：安全围栏
如何选择合适的辅助装置？
选择时需综合考虑以下几点：
- 任务需求：首先要明确机器人要完成什么任务？是搬运、焊接、装配还是检测？这直接决定了末端执行器和传感器的选型。
- 工件特性：工件的形状、重量、材质、表面状况、尺寸精度要求是什么？这决定了夹爪的类型、力控的需求以及视觉系统的精度要求。
- 节拍要求：生产线的节拍时间是多久？这会影响所有设备的响应速度和运动性能，例如变位机的转速、视觉系统的识别速度。
- 精度要求：任务对定位和重复定位精度有多高？高精度任务可能需要力控、视觉引导和高精度定位台。
- 成本预算：在满足性能要求的前提下，综合考虑设备成本、集成成本和维护成本，电动夹爪比气动夹爪贵,但功能更强大。
- 集成与兼容性：所有设备（机器人、PLC、视觉、传感器）之间的通信协议是否兼容？控制逻辑是否易于实现？选择开放性好、易于集成的产品可以降低项目风险。
工业机器人辅助装置是自动化系统的“灵魂”和“手足”，一个成功的机器人应用，绝不是简单地买一台机器人，而是要围绕具体的生产需求，精心设计和集成一整套功能互补、协同工作的辅助装置，随着工业4.0和智能制造的发展，以视觉、力觉为代表的智能传感技术和工具快换为代表的柔性化技术正变得越来越重要，它们将工业机器人从一个“孤立的执行单元”转变为一个高度灵活、智能化的“生产细胞”。
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