工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。

接下來專業工業機器人集成商無錫金紅鷹將為大家詳細介紹工業機器人的相關知識，包括工業機器人的分類、基本組成和結構特點、性能評判指標以及工業機器人的發展、應用，幫助大家全方位了解工業機器人。

一、工業機器人的發展背景

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

二、工業機器人的應用場景

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

三、工業機器人分類

工業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，機器人技術得到了迅速的發展，在眾多制造業領域向磨拋加工機器人主要應用于航空、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。能適應大負載，惡劣的工作環境。精度要求高。

2.焊接機器人

焊接機器人（關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備，通過焊接機器人的焊槍對焊縫實現精確焊接，焊縫美觀且牢固，保證產品質量，企業引進焊接機器人有利于提高生產線速度，解放工人勞動強度，減少企業的勞動和材料成本，提高企業的焊接自動化水平。焊接機器人（關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）弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產，主要有熔化極焊接作業和非熔化極焊接作業兩種類型，具有可長期進行焊接作業、保證焊接作業的高生產率、高質量和高穩定性等特點。

在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。應用特點：要求快速平穩移動，定位精度要求較高。

2）點焊機器人是用于點焊作業的機械設備，市場中的點焊機器人采用示教再現的工作原理，點焊機器人應用廣泛，其中汽車制造領域、不銹鋼管道、板材、船舶制造等領域中經常出現點焊機器人的身影。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應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。

通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。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境下工作的機器人，主要應用于半導體工業中，實現晶圓在真空腔室內的傳輸。

真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導體裝備整機的研發進度和整機產品競爭力的關鍵部件。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來實現示教。

噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門。噴涂機器人所處工作環境惡劣，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、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于各行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統；

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，無嚴格精度要求。

四、工業機器人的基本組成

現代工業機器人一般由機械系統、控制系統、驅動系統和智能系統四人部分組成。

機械系統是工業機器人的執行機構（即操作機），一般由于部、腕部、臂部、腰部和基座組成。手部又稱為末端執行器，是工業機器人對目標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；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。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。

控制系統實現塒操作機的控制，一般由控制計算機和伺服控制器組成。前者發出指令協調各關節驅動器之間的運動，后者控制各關節驅動器，使各個桿件按一定的速度、加速度和位置要求進行運動。

驅動系統包括驅動器和傳動機構，常和執行機構聯成一體，驅動臂桿完成指定的運動。常用的驅動器有電動機、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。

智能系統是機器人的感受系統，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，后者則主要靠軟件（如專家系統）實現。智能系統是目前機器人學中不夠完善但發展很快的子系統。

五、工業機器人的結構特點

和其他機器設計相比，工業機器人在結構上有很多獨特之處，主要可以歸納為以下幾點：

1)工業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構），連桿末端一般無法加以支撐，因而操作機的結構剛度差。

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系，操作機的運動更為靈話，但控制起來也更復雜。

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

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

六、工業機器人性能評判指標

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

工業機器人性能評判指標

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，而不是末端執行器端點所能達到的范圍。因此，在設計和選用時，要注意安裝末端執行器后，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大的范圍內都會出現自由度進化現象，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，實際應用中的工業機器人還可能由于受到機械結構的限制，在工作空間的內部也存在著臂端不能達到的區域，這就是常說的空洞或空腔。空腔是指在工作空間內臂端不能達到的完全封閉空間。而空洞是指在沿轉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，用以表示機器人動作靈活程度的參數，一般是以沿軸線移動和繞軸線轉動的獨立運動的數目來表示。

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

日前工業機器人通常具有4—6個自由度。當機器人的關節數（自由度）增加到對末端執行器的定向和定位不再起作用時，便出現了冗余自由度。冗余度的出現增加了機器人工作的靈活型，但也使控制變得更加復雜。

工業機器人在運動方式上，總可以分為直線運動（簡記為P）和旋轉運動（簡記為R）兩種，應用簡記符號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，關節運動的方式依次為旋轉-直線-旋轉-旋轉。此外，工業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量是不同的，因此機器人的額定可搬運質量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時腕關節端部都能搬運的最大質量。

4.運動精度（Accuracy）

機器人機械系統的精度主要涉及位姿精度、重復位姿精度、軌跡精度、重復軌跡精度等。

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。重復位姿精度是指對同指令位姿從同一方向重復響應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。在機器人說明書中，通常提供了主要運動自由度的最大穩定速度，但在實際應用中單純考慮最大穩定速度是不夠的，還應注意其最大允許加速度。

6.動態特性

動態特性結構動態參數主要包括質量、慣性矩、剛度、阻尼系數、固有頻率和振動模態。

七、工業機器人全方位解讀

1.我國的工業機器人現狀

工業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，中國的工業機器人產業正處于一個井噴時代。

2.工業機器人的關鍵技術

工業機器人由3大部分6個子系統組成。3大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。6個子系統可分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人-環境交互系統、人機交互系統和控制系統。

機器人關鍵基礎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動器，高性能控制器等。機器人性能指標主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態特性等。

3.工業機器人面臨的技術挑戰

雖然機器人技術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機器人產業發展面臨的巨大挑戰。

工業機器人設備

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

以上是無錫金紅鷹為大家帶來的關于工業機器人的全部內容，希望通過這篇文章能夠幫助大家系統認識工業機器人，更多資訊持續更新中，我們下期見。

審核編輯黃宇