工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)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(dòng)。

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

一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展背景

從1920年，"Robot"這個(gè)詞被捷克劇作家創(chuàng)造出來，到現(xiàn)在機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展了近百年，從最初的單純用于搬運(yùn)的工業(yè)機(jī)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(jī)器人，再到目前正在研究的"智能機(jī)器人"，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用日新月異。

二、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場景

在短短50多年的時(shí)間中，機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人在汽車零部件、機(jī)械加工、新能源、船舶、電動(dòng)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(jī)器人分類

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

1.磨拋加工機(jī)器人

在短短50多年的時(shí)間中，機(jī)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(jī)器人主要應(yīng)用于航空、航海、核電葉片磨拋，采用機(jī)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(shí)間短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特點(diǎn)。能適應(yīng)大負(fù)載，惡劣的工作環(huán)境。精度要求高。

2.焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人（關(guān)于焊接機(jī)器人這篇有詳細(xì)介紹：超全干貨！焊接機(jī)器人知識(shí)點(diǎn)詳解）是從事焊接工作的自動(dòng)化焊接設(shè)備，通過焊接機(jī)器人的焊槍對(duì)焊縫實(shí)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(jìn)焊接機(jī)器人有利于提高生產(chǎn)線速度，解放工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少企業(yè)的勞動(dòng)和材料成本，提高企業(yè)的焊接自動(dòng)化水平。焊接機(jī)器人（關(guān)于焊接機(jī)器人的分類可查閱這篇文章：焊接機(jī)器人主要有哪些種類？）按焊接工藝分可以分為點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人等。

1）弧焊機(jī)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(jìn)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(diǎn)。

在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機(jī)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(diǎn)：要求快速平穩(wěn)移動(dòng)，定位精度要求較高。

2）點(diǎn)焊機(jī)器人是用于點(diǎn)焊作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，市場中的點(diǎn)焊機(jī)器人采用示教再現(xiàn)的工作原理，點(diǎn)焊機(jī)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(diǎn)焊機(jī)器人的身影。一般來說，它有六個(gè)自由度和良好的靈活性。它可以實(shí)現(xiàn)精確的焊接和點(diǎn)對(duì)焊件的精確定位。

3.激光加工機(jī)器人

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

通過對(duì)加工工件的自動(dòng)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(jī)器人

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

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

5.噴涂機(jī)器人

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

噴漆機(jī)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(jī)器人所處工作環(huán)境惡劣，其精度要求較低。

6.搬運(yùn)機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人由計(jì)算機(jī)控制，具有移動(dòng)、自動(dòng)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(yùn)、傳輸?shù)裙δ埽灿糜谧詣?dòng)化立體倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)；

同時(shí)可在車站、機(jī)場、郵局的物品分撿中作為運(yùn)輸工具。其負(fù)載大，無嚴(yán)格精度要求。

四、工業(yè)機(jī)器人的基本組成

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

機(jī)械系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即操作機(jī)），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(jī)器人對(duì)目標(biāo)直接進(jìn)行操作的部分，如各種夾持器，有人也把焊接機(jī)器人的焊槍和噴漆機(jī)器人的油漆噴頭等劃歸機(jī)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(jī)器人的腕部可以做空間運(yùn)動(dòng)。基座是整個(gè)機(jī)器人的支撐部分，有固定式和移動(dòng)式兩種。

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)塒操作機(jī)的控制，一般由控制計(jì)算機(jī)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(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各個(gè)桿件按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)成一體，驅(qū)動(dòng)臂桿完成指定的運(yùn)動(dòng)。常用的驅(qū)動(dòng)器有電動(dòng)機(jī)、液壓和氣動(dòng)裝置等，目前使用最多的是交流伺服電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)，后者則主要靠軟件（如專家系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)。智能系統(tǒng)是目前機(jī)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

和其他機(jī)器設(shè)計(jì)相比，工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上有很多獨(dú)特之處，主要可以歸納為以下幾點(diǎn)：

1)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可以簡化成各連桿首尾相接，末端開放的一個(gè)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(jī)的結(jié)構(gòu)剛度差。

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

3)連桿驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩在運(yùn)動(dòng)過程中的變化規(guī)律比較復(fù)雜，連桿的驅(qū)動(dòng)屬于伺服控制型，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙和運(yùn)動(dòng)精度都有較高的要求。

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

六、工業(yè)機(jī)器人性能評(píng)判指標(biāo)

表示機(jī)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(fù)載、運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)態(tài)特性等。

工業(yè)機(jī)器人性能評(píng)判指標(biāo)

1.工作空間（work space）

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

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

2)機(jī)器人說明書上提供的工作空間往往要小于運(yùn)動(dòng)學(xué)意義上的最大空間。這是因?yàn)樵诳蛇_(dá)空間中，手臂位姿不同時(shí)有效負(fù)載、允許達(dá)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(jī)器人的最大可達(dá)空間邊界上可能存在自由度退化的問題，此時(shí)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(huì)出現(xiàn)自由度進(jìn)化現(xiàn)象，這部分工作空間在機(jī)器人工作時(shí)都不能被利用。

3)除了在工作邊緣，實(shí)際應(yīng)用中的工業(yè)機(jī)器人還可能由于受到機(jī)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(dá)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(dá)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(dá)到的空間。

2.運(yùn)動(dòng)自由度

運(yùn)動(dòng)自由度是指機(jī)器人操作機(jī)在空間運(yùn)動(dòng)所需的變量數(shù)，用以表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)，一般是以沿軸線移動(dòng)和繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目來表示。

自由物體在空間自六個(gè)自由度（三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和三個(gè)移動(dòng)自由度）。工業(yè)機(jī)器人往往是個(gè)開式連桿系，每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副只有一個(gè)自由度，因此通常機(jī)器人的自由度數(shù)目就等于其關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強(qiáng)。

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

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

3.有效負(fù)載（Payload）

有效負(fù)載是指機(jī)器人操作機(jī)在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作機(jī)的負(fù)荷能力。

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

4.運(yùn)動(dòng)精度（Accuracy）

機(jī)器人機(jī)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(shí)的實(shí)到位姿中心之間的偏差。重復(fù)位姿精度是指對(duì)同指令位姿從同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實(shí)到位姿的不一致程度。

軌跡精度是指機(jī)器人機(jī)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(duì)一給定軌跡在同方向跟隨n次后實(shí)到軌跡之間的不一致程度。

5.運(yùn)動(dòng)特性（Sped）

速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。在機(jī)器人說明書中，通常提供了主要運(yùn)動(dòng)自由度的最大穩(wěn)定速度，但在實(shí)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(dòng)態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)模態(tài)。

七、工業(yè)機(jī)器人全方位解讀

1.我國的工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀

工業(yè)機(jī)器人之所以能在中國市場異軍突起：

首先是因?yàn)樵诔杀旧希瑱C(jī)器人通常僅為人工成本的四分之一；

其次，機(jī)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(jī)器人技術(shù)快速提升、價(jià)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)井噴時(shí)代。

2.工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

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

機(jī)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(jī)，高性能交直流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，高性能控制器等。機(jī)器人性能指標(biāo)主要有工作空間、自由度、有效負(fù)載、運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)態(tài)特性等。

3.工業(yè)機(jī)器人面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

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

工業(yè)機(jī)器人設(shè)備

智能機(jī)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(qiáng)勁，發(fā)展前景引人注目，是全球機(jī)器人行業(yè)增長最快的市場，成為世界上最大的工業(yè)機(jī)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(jī)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(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人，更多資訊持續(xù)更新中，我們下期見。

審核編輯黃宇