工業(yè)機器人是廣泛用于工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，具有一定的自動性，可依靠自身的動力能源和控制能力實現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能。工業(yè)機器人被廣泛應用于電子、物流、化工等各個工業(yè)領域之中。

組成

一般來說，工業(yè)機器人由三大部分六個子系統(tǒng)組成。

三大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。

六個子系統(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)。

1.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

從機械結(jié)構(gòu)來看，工業(yè)機器人總體上分為串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人。串聯(lián)機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點，而并聯(lián)機器人一個軸運動則不會改變另一個軸的坐標原點。早期的工業(yè)機器人都是采用串聯(lián)機構(gòu)。并聯(lián)機構(gòu)定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。并聯(lián)機構(gòu)有兩個構(gòu)成部分，分別是手腕和手臂。手臂活動區(qū)域?qū)顒涌臻g有很大的影響，而手腕是工具和主體的連接部分。與串聯(lián)機器人相比較，并聯(lián)機器人具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、微動精度高、運動負荷小的優(yōu)點。在位置求解上，串聯(lián)機器人的正解容易，但反解十分困難；而并聯(lián)機器人則相反，其正解困難，反解卻非常容易。

2.驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)是向機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供動力的裝置。根據(jù)動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式分為液壓式、氣壓式、電氣式和機械式4種。早期的工業(yè)機器人采用液壓驅(qū)動。由于液壓系統(tǒng)存在泄露、噪聲和低速不穩(wěn)定等問題，并且功率單元笨重和昂貴，目前只有大型重載機器人、并聯(lián)加工機器人和一些特殊應用場合使用液壓驅(qū)動的工業(yè)機器人。氣壓驅(qū)動具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價格低等優(yōu)點。但是氣壓裝置的工作壓強低，不易精確定位，一般僅用于工業(yè)機器人末端執(zhí)行器的驅(qū)動。氣動手抓、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣動吸盤作為末端執(zhí)行器可用于中、小負荷的工件抓取和裝配。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點是電源取用方便，響應快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機一般采用步進電機或伺服電機，目前也有采用直接驅(qū)動電機，但是造價較高，控制也較為復雜，和電機相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。由于并聯(lián)機器人中有大量的直線驅(qū)動需求，直線電機在并聯(lián)機器人領域已經(jīng)得到了廣泛應用。

3.感知系統(tǒng)

機器人感知系統(tǒng)把機器人各種內(nèi)部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器人自身或者機器人之間能夠理解和應用的數(shù)據(jù)和信息，除了需要感知與自身工作狀態(tài)相關的機械量，如位移、速度和力等，視覺感知技術是工業(yè)機器人感知的一個重要方面。視覺伺服系統(tǒng)將視覺信息作為反饋信號，用于控制調(diào)整機器人的位置和姿態(tài)。機器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測、識別工件、食品分揀、包裝的各個方面得到了廣泛應用。感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化水平。

4.機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)

機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機器人與外部設備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。當然也可以是多臺機器人集成為一個去執(zhí)行復雜任務的功能單元。

5.人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)是人與機器人進行聯(lián)系和參與機器人控制的裝置。例如：計算機的標準終端、指令控制臺、信息顯示板、危險信號報警器等。

6.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的任務是根據(jù)機器人的作業(yè)指令以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。如果機器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng)；具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運動的形式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制。

應用

1.在碼垛方面的應用

在各類工廠的碼垛方面，自動化極高的機器人被廣泛應用，人工碼垛工作強度大，耗費人力，員工不僅需要承受巨大的壓力，而且工作效率低。搬運機器人能夠根據(jù)搬運物件的特點，以及搬運物件所歸類的地方，在保持其形狀的和物件的性質(zhì)不變的基礎上，進行高效的分類搬運，使得裝箱設備每小時能夠完成數(shù)百塊的碼垛任務。在生產(chǎn)線上下料、集裝箱的搬運等方面發(fā)揮及其重要的作用。

2.在焊接方面的應用

焊接機器人主要承擔焊接工作，不同的工業(yè)類型有著不同的工業(yè)需求，所以常見的焊接機器人有點焊機器人、弧焊機器人、激光機器人等。汽車制造行業(yè)是焊接機器人應用最廣泛的行業(yè)，在焊接難度、焊接數(shù)量、焊接質(zhì)量等方面就有著人工焊接無法比擬的優(yōu)勢。

3.在裝配方面的應用

在工業(yè)生產(chǎn)中，零件的裝配是一件工程量極大的工作，需要大量的勞動力，曾經(jīng)的人力裝配因為出錯率高，效率低而逐漸被工業(yè)機器人代替。裝配機器人的研發(fā)，結(jié)合了多種技術，包括通訊技術、自動控制、光學原理、微電子技術等。研發(fā)人員根據(jù)裝配流程，編寫合適的程序，應用于具體的裝配工作。裝配機器人的最大特點，就是安裝精度高、靈活性大、耐用程度高。因為裝配工作復雜精細，所以我們選用裝配機器人來進行電子零件，汽車精細部件的安裝。

4.在檢測方面的應用

機器人具有多維度的附加功能。它能夠代替工作人員在特殊崗位上的工作，比如在高危領域如核污染區(qū)域、有毒區(qū)域、核污染區(qū)域、高危未知區(qū)域進行探測。還有人類無法具體到達的地方，如病人患病部位的探測、工業(yè)瑕疵的探測、在地震救災現(xiàn)場的生命探測等均有建樹。

發(fā)展趨勢

1.人機協(xié)作

隨著機器人從與人保持距離作業(yè)向與人自然交互并協(xié)同作業(yè)方面發(fā)展。拖動示教、人工教學技術的成熟，使得編程更簡單易用，降低了對操作人員的專業(yè)要求，熟練技工的工藝經(jīng)驗更容易傳遞。

2.自主化

目前機器人從預編程、示教再現(xiàn)控制、直接控制、遙操作等被操縱作業(yè)模式向自主學習、自主作業(yè)方向發(fā)展。智能化機器人可根據(jù)工況或環(huán)境需求，自動設定和優(yōu)化軌跡路徑、自動避開奇異點、進行干涉與碰撞的預判并避障等。

3.智能化、信息化、網(wǎng)絡化

越來越多的3D視覺、力傳感器會使用到機器人上，機器人將會變得越來越智能化。隨著傳感與識別系統(tǒng)、人工智能等技術進步，機器人從被單向控制向自己存儲、自己應用數(shù)據(jù)方向發(fā)展，逐漸信息化。隨著多機器人協(xié)同、控制、通信等技術進步，機器人從獨立個體向相互聯(lián)網(wǎng)、協(xié)同合作方向發(fā)展。

2022年9月6日，工信部裝備工業(yè)一司副司長郭守剛表示，中國機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，2021年機器人全行業(yè)營業(yè)收入超過1300億元。其中，工業(yè)機器人產(chǎn)量達36.6萬臺，比2015年增長了10倍，穩(wěn)居全球第一大工業(yè)機器人市場。

審核編輯黃昊宇