工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

接下來專業(yè)工業(yè)機器人集成商無錫金紅鷹將為大家詳細介紹工業(yè)機器人的相關(guān)知識，包括工業(yè)機器人的分類、基本組成和結(jié)構(gòu)特點、性能評判指標(biāo)以及工業(yè)機器人的發(fā)展、應(yīng)用，幫助大家全方位了解工業(yè)機器人。

一、工業(yè)機器人的發(fā)展背景

從1920年，"Robot"這個詞被捷克劇作家創(chuàng)造出來，到現(xiàn)在機器人已經(jīng)發(fā)展了近百年，從最初的單純用于搬運的工業(yè)機器人，到第二代具有視覺傳感器以及信息處理技術(shù)的工業(yè)機器人，再到目前正在研究的"智能機器人"，工業(yè)機器人的發(fā)展及應(yīng)用日新月異。

二、工業(yè)機器人的應(yīng)用場景

在短短50多年的時間中，機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，工業(yè)機器人應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè)，并且正在不斷地向其他領(lǐng)域拓展，如機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。無錫金紅鷹生產(chǎn)的系列工業(yè)機器人在汽車零部件、機械加工、新能源、船舶、電動車等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，感興趣的伙伴可以查閱我們的應(yīng)用案例。

三、工業(yè)機器人分類

工業(yè)機器人主要有焊接機器人、磨拋加工機器人、焊接機器人、激光加工機器人、噴涂機器人、搬運機器人、真空機器人等，以上工業(yè)機器人都已被大量采用。

1.磨拋加工機器人

在短短50多年的時間中，機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在眾多制造業(yè)領(lǐng)域向磨拋加工機器人主要應(yīng)用于航空、航海、核電葉片磨拋，采用機器人持砂帶在葉片表面磨拋，采用柔性接觸、視覺定位的方式減小磨拋缺陷。

與人工磨拋相比，具有加工時間短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特點。能適應(yīng)大負載，惡劣的工作環(huán)境。精度要求高。

2.焊接機器人

焊接機器人（關(guān)于焊接機器人這篇有詳細介紹：超全干貨！焊接機器人知識點詳解）是從事焊接工作的自動化焊接設(shè)備，通過焊接機器人的焊槍對焊縫實現(xiàn)精確焊接，焊縫美觀且牢固，保證產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)引進焊接機器人有利于提高生產(chǎn)線速度，解放工人勞動強度，減少企業(yè)的勞動和材料成本，提高企業(yè)的焊接自動化水平。焊接機器人（關(guān)于焊接機器人的分類可查閱這篇文章：焊接機器人主要有哪些種類？）按焊接工藝分可以分為點焊機器人、弧焊機器人、激光焊接機器人等。

1）弧焊機器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)，主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點。

在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。應(yīng)用特點：要求快速平穩(wěn)移動，定位精度要求較高。

2）點焊機器人是用于點焊作業(yè)的機械設(shè)備，市場中的點焊機器人采用示教再現(xiàn)的工作原理，點焊機器人應(yīng)用廣泛，其中汽車制造領(lǐng)域、不銹鋼管道、板材、船舶制造等領(lǐng)域中經(jīng)常出現(xiàn)點焊機器人的身影。一般來說，它有六個自由度和良好的靈活性。它可以實現(xiàn)精確的焊接和點對焊件的精確定位。

3.激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。

通過對加工工件的自動檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復(fù)等。精度要求較高。

4.真空機器人

真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。

真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。精度要求較高。

5.噴涂機器人

噴漆機器人一般采用液壓驅(qū)動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教。

噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門。噴涂機器人所處工作環(huán)境惡劣，其精度要求較低。

6.搬運機器人

搬運機器人由計算機控制，具有移動、自動導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的柔性搬運、傳輸?shù)裙δ埽灿糜谧詣踊Ⅲw倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)；

同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。其負載大，無嚴(yán)格精度要求。

四、工業(yè)機器人的基本組成

現(xiàn)代工業(yè)機器人一般由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和智能系統(tǒng)四人部分組成。

機械系統(tǒng)是工業(yè)機器人的執(zhí)行機構(gòu)（即操作機），一般由于部、腕部、臂部、腰部和基座組成。手部又稱為末端執(zhí)行器，是工業(yè)機器人對目標(biāo)直接進行操作的部分，如各種夾持器，有人也把焊接機器人的焊槍和噴漆機器人的油漆噴頭等劃歸機器人的手部；腕部足臂和手的連接部分，主要功能是改變手的姿態(tài)；臂部用以連接腰部和腕部；腰部是連接臂和基座的部件，通常可以同轉(zhuǎn)。臂和腰的共同作用使得機器人的腕部可以做空間運動。基座是整個機器人的支撐部分，有固定式和移動式兩種。

控制系統(tǒng)實現(xiàn)塒操作機的控制，一般由控制計算機和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運動，后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各個桿件按一定的速度、加速度和位置要求進行運動。

驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)，常和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)成一體，驅(qū)動臂桿完成指定的運動。常用的驅(qū)動器有電動機、液壓和氣動裝置等，目前使用最多的是交流伺服電動機。傳動機構(gòu)常用的有諧波減速器、RV減速器、絲杠、鏈、帶以及片他各種齒輪輪系。

智能系統(tǒng)是機器人的感受系統(tǒng)，由感知和決策兩部分組成。前者主要靠硬件（如各類傳感器）實現(xiàn)，后者則主要靠軟件（如專家系統(tǒng)）實現(xiàn)。智能系統(tǒng)是目前機器人學(xué)中不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。

五、工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)特點

和其他機器設(shè)計相比，工業(yè)機器人在結(jié)構(gòu)上有很多獨特之處，主要可以歸納為以下幾點：

1)工業(yè)機器人操作機可以簡化成各連桿首尾相接，末端開放的一個開式連桿系（也可能存在部分閉鏈結(jié)構(gòu)），連桿末端一般無法加以支撐，因而操作機的結(jié)構(gòu)剛度差。

2)在組成操作機的開式連桿系中，每根連桿都其有獨立的驅(qū)動器，因而屬于主動連桿系。不同連桿之間的運動沒有依從關(guān)系，操作機的運動更為靈話，但控制起來也更復(fù)雜。

3)連桿驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在運動過程中的變化規(guī)律比較復(fù)雜，連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，對機械傳動系統(tǒng)的剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。

4)連桿的受力狀態(tài)、剛度條件和動態(tài)性能都隨位姿的改變而變化，因此容易發(fā)生振動或其它不穩(wěn)定現(xiàn)象。

六、工業(yè)機器人性能評判指標(biāo)

表示機器人特性的基本參數(shù)和性能指標(biāo)主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態(tài)特性等。

工業(yè)機器人性能評判指標(biāo)

1.工作空間（work space）

工作空間是指機器人臂桿的特定部位在一定條件下所能到達空間的位置集合。工作空間的性狀和大小反映了機器人工作能力的大小。

1)通常工業(yè)機器人說明書中表示的工作空間指的是手腕上機械接口坐標(biāo)系的原點在空間能達到的范圍，也即手腕端部法蘭的中心點在空間所能到達的范圍，而不是末端執(zhí)行器端點所能達到的范圍。因此，在設(shè)計和選用時，要注意安裝末端執(zhí)行器后，機器人實際所能達到的工作空間。

2)機器人說明書上提供的工作空間往往要小于運動學(xué)意義上的最大空間。這是因為在可達空間中，手臂位姿不同時有效負載、允許達到的最大速度和最大加速度都不一樣，在臂桿最大位置允許的極限值通常要比其他位置的小些。此外，在機器人的最大可達空間邊界上可能存在自由度退化的問題，此時的位姿稱為奇異位形，而且在奇異位形周圍相當(dāng)大的范圍內(nèi)都會出現(xiàn)自由度進化現(xiàn)象，這部分工作空間在機器人工作時都不能被利用。

3)除了在工作邊緣，實際應(yīng)用中的工業(yè)機器人還可能由于受到機械結(jié)構(gòu)的限制，在工作空間的內(nèi)部也存在著臂端不能達到的區(qū)域，這就是常說的空洞或空腔。空腔是指在工作空間內(nèi)臂端不能達到的完全封閉空間。而空洞是指在沿轉(zhuǎn)軸周圍全長上臂端都不能達到的空間。

2.運動自由度

運動自由度是指機器人操作機在空間運動所需的變量數(shù)，用以表示機器人動作靈活程度的參數(shù)，一般是以沿軸線移動和繞軸線轉(zhuǎn)動的獨立運動的數(shù)目來表示。

自由物體在空間自六個自由度（三個轉(zhuǎn)動自由度和三個移動自由度）。工業(yè)機器人往往是個開式連桿系，每個關(guān)節(jié)運動副只有一個自由度，因此通常機器人的自由度數(shù)目就等于其關(guān)節(jié)數(shù)。機器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強。

日前工業(yè)機器人通常具有4—6個自由度。當(dāng)機器人的關(guān)節(jié)數(shù)（自由度）增加到對末端執(zhí)行器的定向和定位不再起作用時，便出現(xiàn)了冗余自由度。冗余度的出現(xiàn)增加了機器人工作的靈活型，但也使控制變得更加復(fù)雜。

工業(yè)機器人在運動方式上，總可以分為直線運動（簡記為P）和旋轉(zhuǎn)運動（簡記為R）兩種，應(yīng)用簡記符號P和R可以表示操作機運動自由度的特點，如RPRR表示機器人操作機具有四個自由度，從基座開始到臂端，關(guān)節(jié)運動的方式依次為旋轉(zhuǎn)-直線-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)。此外，工業(yè)機器人的運動自由度還有運動范圍的限制。

3.有效負載（Payload）

有效負載是指機器人操作機在工作時臂端可能搬運的物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作機的負荷能力。

機器人在不同位姿時，允許的最大可搬運質(zhì)量是不同的，因此機器人的額定可搬運質(zhì)量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時腕關(guān)節(jié)端部都能搬運的最大質(zhì)量。

4.運動精度（Accuracy）

機器人機械系統(tǒng)的精度主要涉及位姿精度、重復(fù)位姿精度、軌跡精度、重復(fù)軌跡精度等。

位姿精度是指指令位姿和從同一方向接近該指令位姿時的實到位姿中心之間的偏差。重復(fù)位姿精度是指對同指令位姿從同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實到位姿的不一致程度。

軌跡精度是指機器人機械接口從同一方向n次跟隨指令軌跡的接近程度。軌跡重復(fù)精度是指對一給定軌跡在同方向跟隨n次后實到軌跡之間的不一致程度。

5.運動特性（Sped）

速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標(biāo)。在機器人說明書中，通常提供了主要運動自由度的最大穩(wěn)定速度，但在實際應(yīng)用中單純考慮最大穩(wěn)定速度是不夠的，還應(yīng)注意其最大允許加速度。

6.動態(tài)特性

動態(tài)特性結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)主要包括質(zhì)量、慣性矩、剛度、阻尼系數(shù)、固有頻率和振動模態(tài)。

七、工業(yè)機器人全方位解讀

1.我國的工業(yè)機器人現(xiàn)狀

工業(yè)機器人之所以能在中國市場異軍突起：

首先是因為在成本上，機器人通常僅為人工成本的四分之一；

其次，機器人在質(zhì)量、效率、管理等方面還能帶來很多新的附加值。

所以，在機器人技術(shù)快速提升、價格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的綜合作用下，中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)正處于一個井噴時代。

2.工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)機器人由3大部分6個子系統(tǒng)組成。3大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。6個子系統(tǒng)可分為機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

機器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件主要分成以下三部分：高精度減速機，高性能交直流伺服電機和驅(qū)動器，高性能控制器等。機器人性能指標(biāo)主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態(tài)特性等。

3.工業(yè)機器人面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

雖然機器人技術(shù)在近幾年取得了非常大的進步，但我們要清醒地看到中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。

工業(yè)機器人設(shè)備

智能機器人越來越多的介入到了人類的生產(chǎn)和生活中，人工智能技術(shù)發(fā)展勢頭強勁，發(fā)展前景引人注目，是全球機器人行業(yè)增長最快的市場，成為世界上最大的工業(yè)機器人市場。

以上是無錫金紅鷹為大家?guī)淼年P(guān)于工業(yè)機器人的全部內(nèi)容，希望通過這篇文章能夠幫助大家系統(tǒng)認識工業(yè)機器人，更多資訊持續(xù)更新中，我們下期見。

審核編輯黃宇