ATRO：机器人自动化技术
您是否曾设想过，能为每台设备的搬运任务配备恰到好处的即用型机器人？小型设备可能需要搭载短臂展机器人来插入重量较大的新部件。而在另一类设备中，您或许需要长臂展机器人将产品码垛到托盘上。若是涉及从固定进料口到移动传送带的快速简单拾放作业，又需使用不同类型的机器人。面对如此多样的应用场景，很难时刻备齐所有适配的机器人。但若像倍福的 ATRO 模块化机器人系统那样，能根据每项任务需求从现有的标准模块中自由组装定制化机器人，您便能以极简方式实现所需的灵活性。
倍福 ATRO 系统的模块化架构为用户带来了实实在在的优势。毕竟，六轴关节型机器人并非在所有应用场景中都是最优选择。在很多拾放应用中，三到四个自由度即可实现所需功能，从而带来轴数减少、成本降低及重量减轻等多方面优势。而重量减轻所节省的负载余量可被用于提升有效载荷。采用相同的 ATRO 电机模块和连接模块减少了库存并提高了灵活性，打造出多样化的创新运动学设计方案。
模块化设计助力提高灵活性
ATRO 模块化工业机器人系统支持个性化的灵活配置，可针对各类装配与搬运 应用需求打造最优的机器人解决方案。集成驱动功能的标准电机模块，与各种形状设计和长度的连接模块配合使用，可以实现近乎无限的机械组合。更重要的是，通过与倍福 TwinCAT 控制平台的全面集成，用户还能够直接使用大量成熟的自动化功能。这个基于 PC 的一体化平台集成了设备控制、机器人控制、功能安全、机器视觉、状态监测，以及连接到边缘控制设备或云系统等所有功能。
如果能够省去通往末端执行器的外部管线，岂不是也大有裨益？这样一来，这些管线就不再会碍手碍脚，也无需因扭转应力而频繁更换。去除这些线缆后，机器人的所有轴都能够实现双向无限旋转。所有 ATRO 模块都集成了数据和动力介质传输接口，并额外配备了两条专门用于流体的介质传输接口。所需介质可从机器人底座注入，通过电机和连接模块输送至末端执行器。主动式电机模块经过特殊设计，确保所有轴始终能够保持双向无限旋转。
ATRO 集模块化与灵活性于一体，集成介质传输接口，所有轴都能够双向无限制旋转，并且可无缝集成到基于 PC 的设备控制系统中。它支持在不同配置中（重新）使用相同的模块类型，可显著降低仓储成本，并减少备件需求。
通用要求与特性
机器人被视为半成品机械，因其通常需配备工具、传感器或安全装置等附加组件才能实现特定功能。只有将机器人安装到机械设备中并配备必要组件后，它才成为一台完整的设备。根据同样适用于半成品机械产品的欧盟机械法规 EU 2023/1230，制造商需确保其机械产品满足健康与安全要求。工业机器人在安全性方面需满足欧洲协调标准 DIN EN ISO 10218-1 和 DIN EN ISO 10218-2 的要求。相关新标准版本已于 2025 年初正式发布，协调标准制定流程全部完成后，这些标准将强制执行。待过渡期结束（预计为 2027 年），所有新投放市场的工业机器人都需满足这些标准规定。
当设备制造商将定制化的 ATRO 运动学系统集成至其设备中时，该设备中机器人应用部分必须符合 ISO 10218-2 标准的相关要求。ATRO 系统除提供用于运动学的硬件模块外，还配备软件模块，这些软件模块可与预先审核的安全模板相结合，精准满足上述合规要求。
通用且易于安装的机械系统
每个 ATRO 电机模块都是一个完整的驱动系统，可以驱动机器人的一个轴或关节。系统集成了一个配备制动器、减速机及 Safe Motion 功能的分布式 48 V EtherCAT 驱动器。这意味着需要使用的外部组件只有一个电源和一个控制器，显著减少了控制柜中占用的空间。
除了主动式电机模块之外，系统还提供被动式机械模块，用于构建机器人构型。只需将各个模块简单拧紧，即可轻松完成组装。ATRO 接口不仅能够提供稳固的机械连接，还能同步实现内部介质传输接口的无缝对接与畅通。这种设计意味着单人即可完成组装，并可轻松更换单个模块，例如进行维护作业时。
底座模块支持将机器人安装在底板、墙壁，或天花板上。与内部传输介质连接的连接层可以安装在侧面，也可以安装在底部。采用经过验证的混合型连接器可同时提供电力传输与 EtherCAT 或以太网通信，支持便捷的即插即用连接。机器人 48V 电源通过带制动电阻的制动斩波器在底座中实现稳压控制。
连接模块有多种形状和长度规格可选，用于构建机器人的“机械臂”与所有 ATRO 模块相同，这些模块均配备 EtherCAT 接口，并搭载包含机械数据的电子铭牌，控制器可通过扫描配置信息，自动选择对应的运动控制计算规则。
ATRO 接口同时兼具末端执行器工具的接口功能。为适配采用 ISO 接口的夹爪，系统提供法兰模块，可将内部介质导引至可插拔触点。对于希望完全集成专用工具的制造商，另备有配备 ATRO 接口的法兰套件。
设备与机器人控制融为一体
迄今为止，将机器人集成至设备或系统中的主要挑战在于成功管理系统间接口：需将机器人控制器连接至设备控制系统，且二者均需扩展视觉识别或协同运动等自动化功能。对于高动态应用场景，此类系统的集成必须基于具备实时性能的接口，由此实现设备轴运动与机器人末端执行器工具的协同控制，并与相机的产品检测信号保持同步。
TwinCAT 自动化平台将所有这些功能整合在基于 PC 的控制系统中。这意味着每台设备都可同步获取所有功能的最新信息进行处理。该平台还集成了涉及设备与机器人功能安全的信息及状态，此类安全数据以往常需通过安全 I/O 信号与系统耦合传输。
TwinCAT 中的机器人集成涵盖两大核心：模块化运动学配置与运动控制编程功能。通过 3D 可视化工具支持模块化运动学配置。用户可从中选取所有类型的 ATRO 模块构建目标组合，并借助 STEP 文件导入功能实现设备环境中机器人嵌入的可视化呈现。配置完成后可直接载入 TwinCAT 开发环境，系统将自动创建所有必要的准备与链接，用户即可立即开始运动控制编程。
若与真实控制器建立在线连接，该 3D 模型可实时显示机器人当前位姿与运动状态，或用作仿真视图。
系统提供功能丰富的机器人库，以简化编程流程。该库将各个模块抽象为机器人实例，用户可在该实例中设置长度、质量惯量、动力学模型及变换方程式等所需参数。通过简单的运动指令即可操作该机器人实例。
我们专为机器人的调试与操作开发了直观的用户界面，该界面基于 TwinCAT HMI 可视化元件实现标准合规操作，支持单轴点动与笛卡尔坐标系运动等功能。
配置阶段使用的 3D 可视化界面在此作为实时视图呈现，并可嵌入视觉控件或示波器控件（用于显示连续信号曲线）。
通过应用 APP 方案可个性化显示任务专属功能：提供机器人移动、路径点保存与编辑等功能；另一应用支持将运动/夹爪指令与等待状态组合，实现简易序列编程。复杂运动编程既可在编程计算机上以类似方式完成，也可直接集成至熟悉的 PLC 环境，即直接融入机器编程体系。
采用基于 HTML5 的 Web 显示技术，该界面可通过浏览器灵活呈现于设备作面板、平板电脑或示教器等多种终端。
ISO 10218-1:2025 标准要求的安全功能包括多种安全停止功能，以及对工具中心点（TCP）的笛卡尔速度与机器人暴露区域（如肘部）的安全监控。倍福采用 TwinCAT Safety PLC 实现这些功能，该软件可在标准工业 PC 上提供 SIL3 级安全逻辑。基于此平台提供的功能块，可通过 ATRO 电机模块的安全单轴位置监测 TCP 及其它暴露轴的安全笛卡尔速度。经过公告机构认证的这些功能块应用示例还可帮助用户轻松达成应用所需的安全等级。
结论
ATRO 系统的端到端模块化 — 涵盖硬件模块及配置、编程、操作与安全监控的软件模块 — 为用户应用开创了全新维度的灵活性。除经典的串联机器人运动学结构外，通过简单添加被动式连接模块即可组合出创新构型：借助第一个轴的无限旋转功能，机械臂能够以最优路径规划高效抵达各个工位。在第一个轴后加装 T 型模块可构建双臂机器人，使生产效率翻倍；若采用 X 型模块则可实现四臂机器人构型。然而，大多数应用场景并不需要五或六自由度。采用相同模块组装的三轴搬运机械臂或四轴拾放构型更具成本效益。由此可见，具体应用需求始终是左右解决方案选择的决定性因素。
