2. UR协作机器人选型与工作范围校核
UR协作机器人的选型不是“挑一台看起来够大的机械臂”，而是把CNC机床布局、工件重量与节拍要求三组约束同时代入，逐项校核臂展、负载、重复定位精度与安装方式。任何一项不满足，都会在联调阶段以取不到件、节拍超时或定位漂移的形式暴露出来。本节按“先定几何、再定负载、后定精度与安装”的顺序展开，并给出可直接套用的校核方法。
一、先明确选型的四个硬约束
UR现役主力型号包括UR3e、UR5e、UR10e、UR16e和UR20，其标称参数是选型的起点，但标称值不等于可用值。选型时必须区分四类约束：
- 臂展（工作半径）：决定机器人能否从取料位到达机床卡盘/夹具位。UR5e约500 mm，UR10e约1300 mm，UR16e约900 mm，UR20约1750 mm。注意这是从基座中心到腕部中心的半径，末端夹爪和工件会额外占用长度。
- 有效负载：UR5e为5 kg、UR10e为10 kg、UR16e为16 kg、UR20为20 kg。有效负载必须扣除末端执行器（夹爪、法兰、气管、线缆）自重，剩余才是可搬运工件重量。
- 重复定位精度：UR系列标称±0.03 mm（UR3e/UR5e/UR10e/UR16e），UR20为±0.05 mm。该值决定能否稳定插入定位销、贴合卡盘端面。
- 安装方式：地面、墙面、倒挂（天花板）三种。安装姿态直接影响可达工作空间和负载能力，倒挂时负载能力通常需按厂家曲线折减。
二、臂展校核：从布局反推所需半径
臂展校核的核心是确定机器人基座安装位置，并计算该位置到最远取放点的距离。以一台立式加工中心（VMC）配一台UR为例，典型布局为：机床防护门开口朝向机器人，卡盘中心距地面约1000 mm，机器人基座置于机床前方约600 mm处的地面或立柱上。
设基座中心坐标为原点，卡盘中心水平距离为600 mm、垂直高度差为400 mm（基座面到卡盘中心），则所需直线距离为：
d = √(600² + 400²) = √(360000 + 160000) = √520000 ≈ 721 mm若选用UR5e（臂展500 mm），即使不考虑夹爪长度也已超出，无法到达；UR10e（1300 mm）和UR16e（900 mm）均可覆盖。但还需加上末端夹爪长度（约150～200 mm）和工件伸出量，实际所需半径约为721 + 180 ≈ 900 mm。此时UR16e刚好处于边界，UR10e留有约400 mm余量，更适合需要避让机床门框、走弧线路径的场合。
校核时不能只看最远点，还要检查最近点和中间路径。机器人腕部在靠近基座处存在“死区”，若取料位离基座过近（小于约200 mm），可能出现关节限位或奇异位形。建议在UR官方PolyScope的“安装→安全→工作空间”中设置球形或柱形限制区域，把机床门框、卡盘旋转区划为禁止进入区。
三、负载校核：有效负载才是真负载
UR标称负载是腕部法兰处可承受的总质量，包含末端执行器和工件。以搬运一个2 kg的铝合金壳体为例，若选用两指气动夹爪（含法兰、气管接头）自重约1.5 kg，则总负载为3.5 kg。UR5e标称5 kg，看似够用，但需注意两点：一是负载重心偏移会降低实际允许负载，UR官方给出的负载曲线显示，当重心偏离法兰中心100 mm时，UR5e允许负载可能降至3 kg左右；二是动态加减速时惯性力会放大等效负载。
因此工程上建议留出至少30%余量。上述3.5 kg场景，UR5e处于临界，UR10e（10 kg）余量充足，是更稳妥的选择。若工件重达8 kg，加上夹爪2 kg共10 kg，则UR10e刚好满载，应升级到UR16e。计算时可用下式估算：
所需标称负载 ≥ (工件质量 + 末端执行器质量) × 1.3
示例：(2 + 1.5) × 1.3 = 4.55 kg → 选UR10e四、重复定位精度与安装方式
CNC上下料对精度的要求取决于定位方式。若采用“卡盘+端面贴合”的粗定位，±0.1 mm即可；若需要把工件插入定位销或花键孔，则要求±0.05 mm以内。UR全系标称±0.03 mm，理论上满足，但实际精度受安装刚性、线缆拖拽和温度影响。地面安装刚性最好；立柱安装需保证立柱自身刚度，避免机器人加减速时立柱晃动；倒挂安装虽能节省地面空间，但需按UR手册折减负载并重新校核工作空间。
安装方式的选择还与机床防护门高度有关。若门框上方空间充足，倒挂可使机器人从上方进入，缩短路径；若门框较低，地面安装配合加高基座更实际。无论哪种方式，都应在PolyScope中设置好安全平面和限制区域，并在首次运行前用低速手动模式走一遍完整轨迹，确认无干涉。
五、选型校核清单（可直接套用）
| 校核项 | 输入/计算 | 判断标准 |
|---|---|---|
| 最远取放距离 | 基座到卡盘中心直线距离 + 夹爪长度 + 工件伸出量 | ≤ 标称臂展 × 0.85 |
| 最近取放距离 | 基座到最近料位距离 | ≥ 200 mm，避开死区 |
| 有效负载 | (工件 + 夹爪 + 法兰) × 1.3 | ≤ 标称负载 |
| 重心偏移 | 工件重心到法兰中心距离 | 查UR负载曲线，留余量 |
| 重复定位精度 | 定位方式决定 | 粗定位≤±0.1mm，精定位≤±0.05mm |
| 安装方式 | 地面/立柱/倒挂 | 倒挂需折减负载并重校臂展 |
按上述流程，先由布局确定所需半径，再由工件与夹爪确定负载，最后由定位方式确定精度门槛，并选择安装姿态，即可在UR3e至UR20之间快速锁定1～2个候选型号。下一阶段再结合节拍仿真和实际轨迹测试做最终确认。