最大運動靈活性
關節機器人
關節型機器人也稱機械手臂機器人，具有多個旋轉軸（通常為 4-6 個）。這使其擁有非常廣的運動範圍，可在不同平面和幾乎任意角度執行進階操作。因此，關節型機器人廣泛應用於多個工業領域，從焊接和噴塗，到精密電子部件裝配。
為甚麼值得考慮關節機器人？
憑藉高度靈活的運動學結構，關節機器人能夠處理複雜形狀和高要求製程，這些任務往往超出簡單結構機器人的能力。其通用性、高精度以及在惡劣條件下工作的能力，有助於在多種生產環境中提升效率和可靠性。
關節機器人Articulated Robots
結構與工作原理
關節型機器人具有複雜運動學結構，可圍繞多個旋轉軸運動。這種結構提供了很高的靈活性，並能精準執行多種任務，從簡單 pick & place 到複雜焊接或裝配操作。
機械結構
- 關節機械手臂 大多數關節機器人擁有 4 到 6 個旋轉軸，因此可以在幾乎任意平面內運動。每個關節負責特定旋轉範圍，多關節協同可實現複雜空間運動。
- 由關節連接的分段結構 機器人的各個構件（機械手臂）透過關節連接，關節內部裝有軸承和傳動機構。即使在較大負載下，也能保證執行平穩並保持運動穩定性。
- 機身與底座 穩定的機身結構通常採用鋼材或鋁合金，是機器人的基礎，可保持平衡並在動態條件下實現精準定位。
驅動與控制
- 伺服電機與減速器 關節機器人通常採用伺服電機，以實現對速度和扭矩的精確控制。諧波減速器或行星減速器傳遞動力，確保運動具有高精度和高重複性。
- PLC 系統與專用控制器 機器人可以由外部系統控制，例如PLC，也可以使用製造商整合控制器。軟體持續監控關節位置並協調所有軸的運動。
- 進階感測器與安全 許多現代關節機器人採用高解析度編碼器以及安全系統，例如光幕和圍欄，以保護機器人工作區域內的操作人員。
運動方式
- 多軸運動學 關節機器人可透過多個方向彎曲和旋轉機械手臂來執行複雜軌跡。例如，可以使夾爪適配不規則形狀的部件，或伸入難以到達的位置。
- 操控自由度 機器人機械手臂通常沿水平軸、垂直軸和繞自身底座運動，額外軸負責腕部或夾具旋轉。因此可以實現廣泛設定，從簡單裝配到精準焊接操作。
- 自由度數量多 使機器人能夠在不同角度和多個平面上同時工作。
- 可調整運動軌跡 即時進行，例如焊接曲線路徑時。
- 動作程式設計簡單 即使面對複雜任務，也可透過直觀的離線系統和 teach pendant（逐步“示教”機器人的面板）完成。
主要優勢
關節型機器人的主要優勢
關節型機器人因通用性和出色的任務適應能力而受到工業領域重視。以下是這種結構的主要優勢：
- 運動多樣性 憑藉多軸運動學，機器人幾乎可以執行任意運動軌跡。它適用於強調靈活性的應用，從搬運大型部件、擰緊和焊接，到精密噴塗或拋光。
- 高精度與高重複性 高解析度伺服電機和精準減速器可實現百分之一毫米級的運動重複性。這對電子或汽車等要求品質一致的產業十分重要。
- 支援不同負載範圍 市場上既有用於小型裝配任務的輕型關節機器人，也有工作範圍和負載能力大得多、用於搬運重型部件的裝置，負載甚至可達數百kg。
- 惡劣條件下的應用 關節機器人常用於焊接、噴塗或材料加工等高溫、多塵或涉及危險物質的過程。適當的防護罩和防腐塗層使其能夠在嚴苛環境中工作。
- 輕鬆與視覺系統整合 憑藉靈活運動和多自由度控制，關節機器人經常與視覺攝影機配合，可動態修正軌跡或識別生產線上的物體。
工業應用
關節機器人
關節機器人憑藉高度通用性，多年來一直應用於廣泛的產業和流程。其能夠從不同角度和多個平面執行動作，因此在以下領域具有重要價值：
焊接與點焊
電弧焊、MIG/MAG、TIG： 關節型機器人沿預設軌跡精準引導焊槍，從而減少錯誤並實現高焊縫重複一致性。
汽車產業點焊： 非常適合車身部件連接，可快速且精準地完成連接作業。
噴漆與塗層
噴塗應用： 多軸運動能夠將油漆或塗層均勻噴塗到難以到達的位置。
傢具產業或汽車產業中的應用： 透過精確運動控制，機器人手臂可以最佳化材料使用並保持一致的表面處理品質。
裝配和機械加工
複雜幾何部件裝配： 靈活的關節運動便於適應非標準形狀和不同裝配位置。
打磨、拋光、去毛刺： 機器人可重複執行這些操作並保持一致的壓緊力，從而改善表面品質並延長工具壽命。
包裝與碼垛
搬運較重部件： 負載能力較高的關節型機器人適合處理幾十到幾百公斤的貨物，例如原料袋或運輸箱。
多樣的產品形狀： 借助旋轉關節，機器人可以讓夾爪以更合適的姿態抓取輪廓不規則的物體。
品質控制與檢測
與視覺系統協作： 關節機器人可精確操控攝影機或感測器，從不同角度對部件進行 3D 檢測。
元件測試： 機器人手臂可以將部件送至測試工作站，用於檢測缺陷或尺寸不一致。
工具機上下料
CNC上下料： 關節型機器人可以輕鬆適應加工裝置內部空間，接收和傳遞材料或成品半成品。
注塑機和壓力機： 非常適合抓取成形後的部件，可加快生產週期並避免操作員接觸危險裝置。
關節機器人
關節機器人最常應用的產業
關節型機器人可在多種環境中工作，從小型手工作坊到跨國公司的先進生產線。以下是幾個主要產業：
無論您營運裝配線、焊接工作站還是轉運倉庫， 關節機器人 能夠顯著提升流程效率和精度。憑藉廣泛的負載範圍和多個自由度，它們既適合精細操作，也能處理重型部件或高強度加工任務。
關節機器人
技術要求與整合
要讓關節型機器人達到最高效率，需要適當調整其工作參數，並與現有生產線正確整合。以下是值得重點關注的方面：
工作參數
負載能力與覆蓋範圍
機器人型號應根據所處理部件的重量、尺寸以及搬運距離進行選擇。可提供負載從數千克到數百千克的關節機器人。
精度與重複性
在需要高精度的產業，例如電子和制藥，應關注運動重複性參數，通常以毫米或微米表示。
速度與動態效能
過大的加速度可能導致振動和精度下降，因此應選擇能夠在速度和執行穩定性之間實現合適平衡的機器人。
與控制系統整合
PLC 控制器與 HMI 面板
關節機器人通常支援標準工業協議（例如 EtherCAT、Profinet），便於與 PLC 系統通訊並在 HMI 面板上顯示參數。
CAD/CAM 軟體與視覺系統
在焊接或裝配流程中，可能需要從 CAD/CAM 軟體導入運動路徑。對於品質檢測或精確定位，建議考慮整合視覺相機。
IoT與遠端監控
透過與 IoT 平台協作，可以持續分析機器人執行資料並遠端診斷潛在故障。有關連接的詳細資訊，請參閱“支援服務/IoT 整合”部分。
安全與標準
安全圍欄與光幕
關節型機器人可以高速執行並處理重載，因此通常需要物理安全屏障。
ISO 10218 標準與風險評估
安裝工業機器人需要遵守相關安全標準（包括 ISO 10218）。投入執行前會進行風險分析，以防止碰撞或對人員造成危險。
關節機器人（articulated）
與其他機器人類型的比較
關節機器人（articulated）的特點是先進的多軸運動學，通常具有4至6個軸，因此能夠執行複雜軌跡並精準操控物體。憑藉較高的運動自由度，它們非常適合焊接、裝配或工具機上下料等需要靈活性的應用。要判斷關節機器人是否最符合你的製程需求，可以將其與其他工業機器人類型比較，例如笛卡爾機器人、SCARA、Delta、圓柱機器人、協作機器人或Gantry機器人。
關節機器人與笛卡爾機器人（XYZ）對比
運動學與運動範圍
關節機器人可以在多個平面內運動，因此很適合圍繞複雜形狀部件工作。笛卡爾機器人 (XYZ) 沿三個線性軸運動，較少為四軸，因此形成簡單的“正交”運動。這種結構簡化路徑程式設計，並在大工作區域的 pick & place 任務中提供較高穩定性。
應用與效能
直角座標機器人非常適合 3D 列印、輕質材料銑削或直線碼垛等需要沿 X、Y、Z 軸高精度定位的任務。關節機器人則更適合焊接、噴塗以及工件形狀不規則或需要到達難以接近位置的情境。
何時選擇？
如果重視高靈活性和多角度作業，可選擇關節型機器人。如果需要長距離直線運動，例如大型生產區域，並希望採用簡單運動學結構，笛卡爾機器人可能更具成本效益。
關節機器人與 SCARA 對比
空間運動與平面運動
SCARA 機器人通常具有 3-4 個軸，非常適合在水平平面內執行高速裝配操作。相比之下，關節機器人擁有多個軸的完整運動自由度，因此能夠執行複雜的 3D 動作，例如電弧焊或不同角度的噴塗。
應用與動態效能
SCARA在pick & place任務中可以實現非常短的循環時間，尤其適用於小型部件。關節型機器人更加通用，可以處理更大載荷並執行複雜動作任務，但通常無法在“平面”運動中達到SCARA那樣的速度。
何時選擇？
當需要最大靈活性以及處理多個平面的能力時，關節機器人更適合。SCARA則適用於運動幾何高度重複的高速裝配線，例如在同一平面擰緊螺釘。
關節機器人 vs. 圓柱機器人
結構與移動方式
圓柱座標機器人將垂直 Z 軸上的直線運動與繞該軸旋轉結合，並通常具有額外的伸展半徑。這種運動學結構比關節型機器人更簡單，但運動範圍有限，主要是旋轉和沿單一軸移動。相比之下，關節型機器人可擁有最多 6 個旋轉軸，因此具備更大的運動自由度，並能適應形狀不規則的部件。
應用
圓柱座標結構適合需要“軸向”工作的任務，例如在環形佈置的工作站之間搬運零件、液體計量或從旋轉倉庫取件。關節型機器人更加通用，可以執行多種裝配和加工任務，例如焊接、拋光和包裝。
何時選擇？
如果關鍵要求是結構簡單，並且只需要旋轉和直線運動，圓柱座標機器人即可滿足需求，成本更低且更易維護。但如果應用需要多平面加工並到達難以接近的位置，關節型機器人更具優勢。
關節機器人與 Delta 對比
運動學特性
Delta 機器人由多個機械手臂組成，這些機械手臂連接到通常位於工作區域上方的共同平台。它們可以高速完成輕型物品的 pick & place，但工作範圍相對有限。關節型機器人擁有更大的空間工作範圍，並能在多個平面操作更重的部件。
應用與主要差異
Delta 機器人在食品、制藥和電子產業中表現突出，這些領域需要極短的運動路徑和高效率（例如小型產品分揀）。關節機器人則更適合複雜任務（焊接、加工、噴塗），並能實現大多數 Delta 機器人無法達到的負載能力。
何時選擇？
如果重點是輕型部件的高速包裝或分揀，可選擇 Delta。如果需要三維操作靈活性並處理更高負載，關節型機器人則更適合。
關節機器人 vs. Gantry（龍門）機器人
工作範圍與結構
Gantry龍門系統是基於多個線性軸的機器人，例如採用X、Y、Z佈局，整個“機械手臂”沿安裝在工作區域上方的導軌移動。這種結構可以覆蓋非常大的區域，例如整個廠房，並沿垂直軸搬運重載。關節機器人圍繞自身底座的工作半徑有限，雖然在工件周圍擁有更大的運動自由度，但無法覆蓋像Gantry那樣大的空間。
應用與優勢領域
Gantry 非常適合高位倉庫、重型部件搬運以及金屬工業中需要搬運大型、重型工件的情境。關節機器人則更適合需要複雜軌跡的任務，例如焊接、噴塗、多平面加工，以及工件相對較小並位於機械手臂工作範圍內的情況。
何時選擇？
當需要運輸大型貨物，或希望一台機器人覆蓋大範圍內多個分散工作站時，Gantry 系統最合適。如果目標是在多個軸和角度上靈活操作零件，例如裝配或焊接，則關節機器人安裝成本更低且更加靈活。
關節機器人與 Cobot（協作機器人）對比
安全區域作業與人機協作對比
關節機器人通常在隔離區域內工作，並透過圍欄或光幕進行防護，因為它們能夠高速運動並搬運較重負載。協作機器人 (collaborative robots) 的設計目標是與人員並肩作業，通常無需額外圍欄，其內建的力和扭矩感測器可檢測與操作人員的接觸並自動停止運動。
效率與應用範圍
協作機器人非常適合需要與人直接互動的任務，例如共同裝配部件，或由操作人員完成部分工作、機器人承擔最繁重環節的流程。關節機器人憑藉更高速度和更大負載能力，適用於自動化大批量生產線，在這些情境中最大效率以及操作人員無需進入工作區域尤為重要。
何時選擇？
如果人機協作安全是關鍵需求（例如小規模生產企業或產品頻繁變化的情境），協作機器人可能是很好的選擇。但如果優先考慮高效率和重型任務能力（大型結構焊接、高速包裝），關節型機器人在能力和作業速度方面更具優勢。
關節機器人是工業機器人領域最常見的解決方案之一，在加工、裝配和搬運任務中具有出色的運動靈活性。不過在特定條件下，例如需要與操作員協作、在大範圍內搬運重載，或進行平面內超高速作業時，其他類型的機器人，如協作機器人、Gantry、Delta、SCARA 等，可能更高效。
建議分析具體應用的優先順序和要求，以選擇在功能、成本和實施簡便性方面最有利的技術。如有疑問歡迎聯繫我們，團隊會幫助選擇最適合你的解決方案。
常見問題
關節型機器人常見問題
成本取決於多種因素，包括機器人尺寸和負載、驅動和減速器、是否需要視覺系統整合，以及特殊工作條件。基礎型號價格可能從數萬茲羅提起，而更先進、負載和精度較高的型號可能達到數十萬茲羅提。
製造商通常建議根據執行小時數定期檢查（例如每 6-12 個月一次），檢查關節、軸承、電機和安全系統的狀態。在高強度應用中（例如焊接、加工），可能需要更頻繁的檢查。
更多資訊請參閱“服務與現代化升級”。
是的，前提是採用適當的密封、保護塗層和 IP 防護等級。在食品、化工等產業，還會使用耐腐蝕且易於清潔的專用材料。
通常可以。關節型機器人擁有靈活的軟體，製造商也會提供用於建立和修改運動路徑的現成環境。常見方式包括使用“teach pendants”或離線 CAD/CAM 方案，從而加快新流程的部署。
是的。許多關節型機器人可達到百分之一毫米級的重複精度。此外，伺服電機和先進控制系統可實現平滑運動，這對於精密元件尤為重要。
通常採用圍欄、光幕、緊急停止按鈕或能夠識別人員進入工作區的視覺系統。部署前應始終進行風險分析並符合ISO 10218標準。
通常可以 - 由於通用性較高，只要負載、工作範圍參數允許，並且運動序列得到正確程式設計，一台機器人就可以執行多種任務（例如焊接、機器操作和包裝）。
可以。大多數製造商提供可安裝在機器人腕部的多種附件和模組，包括氣動夾爪、電動夾爪、焊接工具、視覺感測器和測量系統。
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