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工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

接下来专业工业机器人集成商无锡金红鹰将为大家详细介绍工业机器人的相关知识，包括工业机器人的分类、基本组成和结构特点、性能评判指标以及工业机器人的发展、应用，帮助大家全方位了解工业机器人。

一、工业机器人的发展背景

从1920年，"Robot"这个词被捷克剧作家创造出来，到现在机器人已经发展了近百年，从最初的单纯用于搬运的工业机器人，到第二代具有视觉传感器以及信息处理技术的工业机器人，再到目前正在研究的"智能机器人"，工业机器人的发展及应用日新月异。

二、工业机器人的应用场景

在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域中，工业机器人应用最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业，并且正在不断地向其他领域拓展，如机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。无锡金红鹰生产的系列工业机器人在汽车零部件、机械加工、新能源、船舶、电动车等领域都有广泛应用，感兴趣的伙伴可以查阅我们的应用案例。

三、工业机器人分类

工业机器人主要有焊接机器人、磨抛加工机器人、焊接机器人、激光加工机器人、喷涂机器人、搬运机器人、真空机器人等，以上工业机器人都已被大量采用。

1.磨抛加工机器人

在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域向磨抛加工机器人主要应用于航空、航海、核电叶片磨抛，采用机器人持砂带在叶片表面磨抛，采用柔性接触、视觉定位的方式减小磨抛缺陷。

与人工磨抛相比，具有加工时间短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特点。能适应大负载，恶劣的工作环境。精度要求高。

2.焊接机器人

焊接机器人（关于焊接机器人这篇有详细介绍：超全干货！焊接机器人知识点详解）是从事焊接工作的自动化焊接设备，通过焊接机器人的焊枪对焊缝实现精确焊接，焊缝美观且牢固，保证产品质量，企业引进焊接机器人有利于提高生产线速度，解放工人劳动强度，减少企业的劳动和材料成本，提高企业的焊接自动化水平。焊接机器人（关于焊接机器人的分类可查阅这篇文章：焊接机器人主要有哪些种类？）按焊接工艺分可以分为点焊机器人、弧焊机器人、激光焊接机器人等。

1）弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产，主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。

在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。应用特点：要求快速平稳移动，定位精度要求较高。

2）点焊机器人是用于点焊作业的机械设备，市场中的点焊机器人采用示教再现的工作原理，点焊机器人应用广泛，其中汽车制造领域、不锈钢管道、板材、船舶制造等领域中经常出现点焊机器人的身影。一般来说，它有六个自由度和良好的灵活性。它可以实现精确的焊接和点对焊件的精确定位。

3.激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。

通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。精度要求较高。

4.真空机器人

真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。

真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。精度要求较高。

5.喷涂机器人

喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。

喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。喷涂机器人所处工作环境恶劣，其精度要求较低。

6.搬运机器人

搬运机器人由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于各行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统；

同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。其负载大，无严格精度要求。

四、工业机器人的基本组成

现代工业机器人一般由机械系统、控制系统、驱动系统和智能系统四人部分组成。

机械系统是工业机器人的执行机构（即操作机），一般由于部、腕部、臂部、腰部和基座组成。手部又称为末端执行器，是工业机器人对目标直接进行操作的部分，如各种夹持器，有人也把焊接机器人的焊枪和喷漆机器人的油漆喷头等划归机器人的手部；腕部足臂和手的连接部分，主要功能是改变手的姿态；臂部用以连接腰部和腕部；腰部是连接臂和基座的部件，通常可以同转。臂和腰的共同作用使得机器人的腕部可以做空间运动。基座是整个机器人的支撑部分，有固定式和移动式两种。

控制系统实现埘操作机的控制，一般由控制计算机和伺服控制器组成。前者发出指令协调各关节驱动器之间的运动，后者控制各关节驱动器，使各个杆件按一定的速度、加速度和位置要求进行运动。

驱动系统包括驱动器和传动机构，常和执行机构联成一体，驱动臂杆完成指定的运动。常用的驱动器有电动机、液压和气动装置等，目前使用最多的是交流伺服电动机。传动机构常用的有谐波减速器、RV减速器、丝杠、链、带以及片他各种齿轮轮系。

智能系统是机器人的感受系统，由感知和决策两部分组成。前者主要靠硬件（如各类传感器）实现，后者则主要靠软件（如专家系统）实现。智能系统是目前机器人学中不够完善但发展很快的子系统。

五、工业机器人的结构特点

和其他机器设计相比，工业机器人在结构上有很多独特之处，主要可以归纳为以下几点：

1)工业机器人操作机可以简化成各连杆首尾相接，末端开放的一个开式连杆系（也可能存在部分闭链结构），连杆末端一般无法加以支撑，因而操作机的结构刚度差。

2)在组成操作机的开式连杆系中，每根连杆都其有独立的驱动器，因而属于主动连杆系。不同连杆之间的运动没有依从关系，操作机的运动更为灵话，但控制起来也更复杂。

3)连杆驱动转矩在运动过程中的变化规律比较复杂，连杆的驱动属于伺服控制型，对机械传动系统的刚度、间隙和运动精度都有较高的要求。

4)连杆的受力状态、刚度条件和动态性能都随位姿的改变而变化，因此容易发生振动或其它不稳定现象。

六、工业机器人性能评判指标

表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。

工业机器人性能评判指标

1.工作空间（work space）

工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。

1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。

2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。

3)除了在工作边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。

2.运动自由度

运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。

自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。

日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。

工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。

3.有效负载（Payload）

有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。

机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。

4.运动精度（Accuracy）

机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。

位姿精度是指指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时的实到位姿中心之间的偏差。重复位姿精度是指对同指令位姿从同一方向重复响应n次后实到位姿的不一致程度。

轨迹精度是指机器人机械接口从同一方向n次跟随指令轨迹的接近程度。轨迹重复精度是指对一给定轨迹在同方向跟随n次后实到轨迹之间的不一致程度。

5.运动特性（Sped）

速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。在机器人说明书中，通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度，但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的，还应注意其最大允许加速度。

6.动态特性

动态特性结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态。

七、工业机器人全方位解读

1.我国的工业机器人现状

工业机器人之所以能在中国市场异军突起：

首先是因为在成本上，机器人通常仅为人工成本的四分之一；

其次，机器人在质量、效率、管理等方面还能带来很多新的附加值。

所以，在机器人技术快速提升、价格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的综合作用下，中国的工业机器人产业正处于一个井喷时代。

2.工业机器人的关键技术

工业机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能控制器等。机器人性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。

3.工业机器人面临的技术挑战

虽然机器人技术在近几年取得了非常大的进步，但我们要清醒地看到中国工业机器人产业发展面临的巨大挑战。

工业机器人设备

智能机器人越来越多的介入到了人类的生产和生活中，人工智能技术发展势头强劲，发展前景引人注目，是全球机器人行业增长最快的市场，成为世界上最大的工业机器人市场。

以上是无锡金红鹰为大家带来的关于工业机器人的全部内容，希望通过这篇文章能够帮助大家系统认识工业机器人，更多资讯持续更新中，我们下期见。

审核编辑黄宇