】近年來德國率先提出"工業4.0"概念，美國推行"先進制造伙伴關系"計劃，日本實施"智慧制造系統"，而中國也提出了"中國制造2025規劃"，這些都指向同一個目標，那就是希望通過先進的it與自動化技術來促進制造業的革新，以實現"智能化"，提升效率，降低成本。而要實現這個目標是不可或缺的一環。

1、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。

2、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、工業、木材與家具制造業等領域中。

在工業生產中，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、真空機器人等工業機器人都已被大量采用。

(1)磨拋加工機器人

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

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。

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。

(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。

3、工業機器人分類

工業機器人按不同的方法可分下述類型：具體看下圖！

4、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。

(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。

(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。

5、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。

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