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。

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)。

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?？梢栽谙鄬τ跈C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。

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。

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。（IgusDrylin 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 ：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?？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。

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。