一、工业机器人的运动风险：内部线缆与机械超程

现代工业机器人，尤其是多轴串联机器人，其内部结构极为复杂。机器人的手臂和关节内部通常布满了：

1. 动力线缆： 传输给各轴伺服电机的强电。

2. 信号线缆： 传输编码器、传感器和控制信号的弱电。

3. 气管/油管： 用于气动或液压末端执行器的管路。

核心风险： 如果某个关节（比如 J1 轴，即底座旋转轴）因编程错误、操作失误或控制系统故障而旋转过度（超行程），这些内部线缆和管路就会被过度扭曲、拉伸，甚至直接拉断。一旦发生，维修成本高昂，且会造成长时间停机。

二、 行程开关：关节硬限位的最终防线

在机器人控制中，虽然有软件限位（Software Limits）和伺服系统编码器来控制关节角度，但行程限位开关扮演的是独立于控制系统的最终物理安全屏障。

1. 关节限位的布设原理

• 双向安装： 机器人的每一个旋转或移动关节（如 J1 到 J6 轴），在其允许的运动范围的两端，都必须安装一个行程限位开关。例如，一个允许 $\pm 180^{\circ}$ 旋转的关节，会在 $-180^{\circ}$ 和 $+180^{\circ}$ 的位置分别设置开关。

• 物理触发： 在关节运动的终点附近，机器人本体或连杆上会设置一个凸块（Cam）或撞块（Actuator），当关节即将超出安全角度时，该撞块就会物理性地触发行程开关。

2. 工作机制：切断动力，保护线缆

一旦行程限位开关被触发，它会立即执行以下动作：

1. 发送硬限位信号： 将“超程”信号直接发送给机器人控制器的安全回路。

2. 强制停止： 安全回路立即切断该关节甚至所有关节的驱动电源（Drive Power），使机器人瞬间停止动作。

保护效果： 这种机制确保了关节在拉断内部线缆或撞击机械本体之前，就因为物理触发而被强制断电停止。它有效地保护了机器人内部的“神经”（线缆）和“筋骨”（机械结构）。

三、 行程开关在机器人中的不可替代性

在复杂的工业机器人中，行程限位开关为什么能超越更高级的传感器？

• 高可靠性与独立性： 它是纯机械结构，完全独立于软件、编码器和驱动器。即使软件崩溃、通信中断或编码器数据错误，行程开关依然能履行职责。

• 强制安全断开： 许多用于机器人限位的行程开关具有强制断开设计。这意味着即使触点因电弧而熔焊，机械触发力也能强制将触点分离，保证安全回路的有效性。

• 原点校准辅助： 除了作为安全限位，某些行程开关还会被用作**“原点开关（Home Switch）”**。在机器人开机或需要重置时，通过触发此开关来建立一个精确的机械零位，辅助编码器进行位置校准。

四、总结：最简单的方法，最可靠的保护

行程限位开关在工业机器人中的应用，体现了工业安全设计的一条重要原则：用最简单、最可靠的方法解决最严重的风险。

它在机器人每一个关节的两端默默守候，确保了机器人的运动永远不会突破物理边界，是保障机器人长期稳定运行、降低维护成本的关键所在。它保护的不仅仅是机械结构，更是机器人体内如同生命线般重要的内部线缆。