工业机器人是什么

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机械装置。它能自动做功，是一种靠自身动力和控制能力实现各种功能的机器。它可以接受人类的命令，也可以按照预先安排的程序运行。现代工业机器人也可以按照人工智能技术制定的原理和程序行动。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机械装置。它能自动做功，是一种靠自身动力和控制能力实现各种功能的机器。它可以接受人类的命令，也可以按照预先安排的程序运行。现代工业机器人也可以按照人工智能技术制定的原理和程序行动。

主要特征

Devore提出的工业机器人具有以下特点:数控机床的伺服轴与遥控机械手的联动机构相连，预设的机械手动作编程输入后，系统无需人工辅助即可独立运行。这个机器人还可以接受教学，完成各种简单的重复动作。在示教过程中，机械手可以依次通过工作任务的每个位置，这些位置序列都记录在存储器中。在执行任务的过程中，机器人的各个关节由伺服驱动依次再现上述位置，所以这个机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“教学再现”。

1962年美国引进的一些工业机器人，控制方法与数控机床类似，但形状主要由类人的手和手臂组成。后来出现了带视觉传感器的工业机器人系统，可以识别和定位。

工业机器人最显著的特点如下:

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是灵活启动。工业机器人可以随着其工作环境的变化而重新编程，因此它可以在小批量、多品种、高效率的柔性制造过程中发挥很好的作用，是柔性制造系统的重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有行走、转腰、大臂、小臂、手腕、爪子等与人类相似的部位，并有电脑控制。此外，智能工业机器人还有许多类似于人类的“生物传感器”，如皮肤接触传感器、力传感器、载荷传感器、视觉传感器、声音传感器、语言功能等等。传感器提高了工业机器人对周围环境的适应性。

(3)概括性。除了专门设计的工业机器人，一般工业机器人在执行不同任务时，通用性更好。例如，工业机器人的手端机械手(爪子、工具等)。)可以替换来执行不同的任务。

(4)工业机械技术涉及的学科范围很广，可以概括为力学和微电子-机电一体化技术的结合。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理和判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，尤其是计算机技术的应用。所以机器人技术的发展必然会带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科技和工业技术的发展水平。

目前，工业机器人技术正朝着步行能力、多感知能力和对工作环境适应性强的方向逐步发展。目前对全球机器人发展影响最大的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量和种类上都位居世界第一。

(1)先进的工业机器人集成了精密、柔性、智能、软件应用与开发等先进制造技术，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增产、提质、降本、降低资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现。

(2)技术升级工业机器人和自动化成套设备具有精细制造、精细加工、柔性生产的技术特点。它们是继动力机械、计算机之后，全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化、智能化的重要手段。

(3)工业机器人和自动化成套设备是生产过程中的关键设备，可用于制造、安装、测试、物流等生产环节，广泛应用于汽车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、ic设备、军工、烟草、金融、医药、冶金、印刷出版等诸多行业。

(4)技术综合性强的成套工业机器人及自动化技术，集多学科于一体，涉及多个技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学与仿真、机器人施工有限元分析、激光加工技术、模块化编程、智能测量、建模与加工一体化、工厂自动化、精细物流等先进制造技术。

成分结构

工业机器人由三个基本部分组成:主体、驱动系统和控制系统。主体是底座和执行机构，包括手臂、手腕和手。有些机器人也有行走机构。大多数工业机器人有3 ~ 6个运动自由度，其中手腕通常有1 ~ 3个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构，用于使致动器产生相应的动作；控制系统根据输入程序向驱动系统和执行器发送命令信号并控制它们。

工业机器人根据手臂的运动形式分为四种。矩形臂可以沿三个直角坐标移动；圆柱坐标式手臂可升降、旋转和伸展；球坐标臂可以旋转、俯仰和伸缩；铰接臂有多个旋转接头。

根据执行机构运动的控制功能，工业机器人可分为点式和连续履带式。点类型仅控制执行

机构从一点到另一点的精确定位适用于机床的装卸、点焊和一般搬运、装卸作业；连续轨迹型可以控制执行器按照给定的轨迹运动，适用于连续焊接和喷漆作业。

工业机器人根据程序输入方式可分为编程输入型和教学输入型。编程输入类型是通过RS232串口或以太网将计算机上已编程的操作程序文件传输到机器人控制柜。

示教输入式的示教方法有两种:一种是操作者利用手动控制器(示教控制箱)向驱动系统发送指令信号，使执行器按照所需的动作顺序和运动轨迹执行一次；另一种是操作者直接引导执行器按照要求的动作顺序和轨迹重新执行。在教学过程中，工作程序的信息自动存储在程序存储器中。当机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检测相应的信息，并将指令信号传输给驱动机构，使执行器能够再现所示教的各种动作。教授输入程序的工业机器人称为示教再现工业机器人。

有触觉、力或简单视觉的工业机器人，可以在复杂环境下工作；如果它具有识别功能或进一步增加自适应和自学习功能，它将成为一个智能工业机器人。它可以根据人们给出的“宏指令”使自己适应环境，自动完成更复杂的工作。

技术原理

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务是控制工业机器人在工作空中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序和动作时间。具有编程简单、软件菜单操作、人机界面友好、在线操作提示、使用方便等特点。

关键技术包括:

(1)开放式模块化控制系统架构:采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)、运动控制器(MC)、光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒。机器人控制器(RC)通过串口/CAN总线与编程示教盒通信。机器人控制器(RC)主计算机完成机器人运动规划、插补和位置伺服、主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能。，同时编程示教框完成信息显示和按键输入。

(2)模块化、层次化控制器软件系统:软件系统基于开源实时多任务操作系统Linux，采用层次化、模块化结构设计，实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三层:硬件驱动层、核心层和应用层。这三个层次面临不同的功能需求，对应不同的发展水平。系统中的每一层都是由几个功能相反的模块组成，相互协作实现该层提供的功能。

(3)机器人故障诊断与安全维护技术:通过各种信息对机器人故障进行诊断并进行相应的维护，是保证机器人安全的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术:目前，机器人的应用工程正在从单个机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的网络化技术越来越重要。控制器具有串口、现场总线和以太网的组网功能。可用于机器人控制器之间以及机器人控制器与上位机之间的通信，便于机器人生产线的监控、诊断和管理。

物种介绍

移动机器人

移动机器人(AGV)是一种由计算机控制的工业机器人，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能。可广泛用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性运输和传输功能，也可用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV为移动装配平台)。同时，它还可以作为车站、机场和邮局提取物品的运输工具。

移动机器人是国际物流技术发展的新趋势之一，其中移动机器人是核心技术和设备，利用现代物流技术对传统生产线进行合作、支持、改造和升级，实现高架箱存储、操作和搬运与点对点自动存取相结合，实现精细化、柔性化和信息化，缩短物流流程，减少物料损失，减少占地面积和建设投资。

点焊机器人

该焊接机器人具有性能稳定、工作空大、移动速度快、承载能力强等特点。焊接质量明显优于手工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。

点焊机器人主要用于汽车的焊接，生产过程由各大汽车主机厂完成。随着与各大汽车企业的长期合作关系，国际工业机器人企业向各大汽车制造商提供各种点焊机器人单元产品，并以焊接机器人与汽车生产线配套的形式进入中国，占据市场主导地位。

随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大。165 kg点焊机器人是目前汽车焊接中最常用的机器人。2008年9月，机器人研究所研制出国内首台165 kg级点焊机器人，并在奇瑞汽车焊接车间成功应用。2009年9月，优化改进后的第二个机器人完成，并成功通过验收测试。该机器人的整体技术指标达到了国外同类机器人的水平。

弧焊机器人

弧焊机器人主要用于各种汽车零件的焊接生产。在这一领域，国际大型工业机器人制造商主要向成套设备供应商提供单元产品。

关键技术包括:

(1)弧焊机器人系统优化集成技术:弧焊机器人采用交流伺服驱动技术，高精度、高刚度的RV减速器和谐波减速器，低速稳定性好，高速动态响应，可实现免维护功能。

(2)协调控制技术:控制多个机器人和定位器的协调运动，既能保持焊枪与工件的相对姿态，满足焊接工艺要求，又能避免焊枪与工件的碰撞。

(3)精确焊缝轨迹跟踪技术:结合激光传感器和视觉传感器在离线工作模式下的优势，利用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提高了焊接机器人焊接复杂工件的灵活性和适应性。结合视觉传感器离线观测，获得焊缝跟踪的残余偏差，并基于偏差统计获得补偿数据，修正机器人运动轨迹，从而在各种工况下获得最佳焊接质量。

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，通过高精度工业机器人实现更加灵活的激光加工操作。该系统可以通过示教盒在线操作，也可以离线编程。该系统可以自动检测工件，生成工件模型，进而生成加工曲线。也可以用CAD数据直接加工工件。可用于工件的激光表面处理、钻孔、焊接和模具修复。

关键技术包括:

(1)激光加工机器人结构优化设计技术:采用大型架体结构，可增加工作范围，保证机器人精度；

(2)机器人系统误差补偿技术:为了满足集成加工机器人工作时间大空和精度高的要求，结合其结构特点，采用非模型法和基于模型法相结合的混合机器人补偿方法，完成几何参数误差和非几何参数误差的补偿。

(3)高精度机器人检测技术:将三坐标测量技术与机器人技术相结合，实现机器人高精度在线测量。

(4)激光加工机器人专用语言实现技术:根据激光加工和机器人操作的特点，完成激光加工机器人专用语言。

(5)网络通讯和离线编程技术:具有串口、CAN等网络通讯功能，对机器人生产线进行监控和管理；并通过上位机实现机器人的离线编程控制。

真空机器人

True 空机器人是一种工作在true 空环境下的机器人，主要用于半导体行业中实现true 空腔室中的晶圆转移。真空机械手难以进口，用途有限，使用量大，通用性强，已成为制约R&D进步和整个半导体设备竞争力的关键部件。而且国外严格审查中国买家，属于禁售产品目录。真正的空机械手已经成为严重制约我国半导体设备制造的“卡脖子”问题。直驱真空机器人技术属于原创创新技术。

关键技术包括:

(1)真空机器人新构型设计技术:通过结构分析和优化设计，避开国际专利，新构型设计满足真空机器人对刚度和膨胀率的要求；

(2)大间隙真空直驱技术:涉及大间隙真空直驱电机和高清洁直驱电机进行电机理论分析、结构设计、制造工艺、电机材料表面处理、低速大扭矩控制、小型多轴驱动等。

(3)真空环境下多轴精密轴系设计。采用轴中轴的设计方法，减少了轴间中心不一致和惯性不对称的问题。

(4)动态轨迹修正技术:通过传感器信息和机器人运动信息的融合，检测晶圆与手指之间的参考位置偏差，通过动态修正运动轨迹，机器人可以将晶圆在真空室中从一个工位精确地转移到另一个工位。

(5)符合SEMI标准的True 空机器人语言:根据true 空机器人的搬运要求、机器人操作特点和SEMI标准，完成true 空机器人的专用语言。

(6)可靠性系统工程技术:在IC制造中，设备故障会带来巨大的损失。根据MCBF对半导体设备的高要求，对各部件的可靠性进行测试、评估和控制，以提高机械手各部件的可靠性，从而确保机械手满足集成电路制造的高要求。

清洁机器人

清洁机器人是一种用于清洁环境的工业机器人。随着生产技术的不断提高，对生产环境的要求也越来越高。许多现代工业产品都要求在清洁的环境中生产，清洁机器人是在清洁环境中生产的关键设备。

关键技术包括:

(1)清洁润滑技术:采用负抑尘结构和非挥发性油脂，可实现对环境无颗粒污染，满足清洁要求。

(2)高速稳定控制技术:通过优化轨迹，提高关节的伺服性能，实现清洁搬运的稳定性。

(3)控制器小型化技术:根据洁净室建设和运营的高成本，控制器小型化技术可以减少清洁机器人对空房间的占用。

(4)晶圆检测技术:通过光学传感器，通过机器人的扫描，可以获得晶盒内的晶圆是否缺失或倾斜等信息。

应用区域

工业机器人的典型应用包括焊接、喷漆、装配、收集和放置(如包装、码垛和贴片)、产品检验和测试等。所有的工作都是以高效率、耐久性、速度和准确性完成的。

在美国，工业机器人应用广泛，其中汽车和汽车零部件制造是最重要的应用领域。2012年，美国这两个行业对工业机器人的需求占总份额的61%。

在亚洲，工业机器人大规模应用的时机已经成熟。汽车行业的需求持续快速增长，食品行业的需求也在增加，而电子行业是工业机器人应用比较快的行业。工业机器人产业正在成为亚洲政府支持的战略性新兴产业之一。

工业机器人市场的帷幕已经拉开，世界机器人市场的需求即将进入爆发期。中国机械设备生产潜在的巨大市场需求已经开始显现，工业机器人进入机床行业的投资前景可期。工业机器人可以替代越来越昂贵的劳动力，同时提高工作效率和产品质量。富士康机器人可以在生产线上承担精密零件的装配任务，在喷涂、焊接、装配等恶劣的工作环境下可以代替人工工作。还可以结合数控超精密铁床等工作机生产模具，提高生产效率，替代部分非熟练工人。工业机器人的使用可以降低废品率和产品成本，提高机床利用率，降低工人误操作造成零件缺陷的风险，带来一系列明显的效益，如降低劳动消耗，减少机床损耗，加快技术创新速度，提高企业竞争力。机器人具有执行各种任务的能力，尤其是高风险任务，平均故障间隔时间超过6万小时，比传统的自动化流程更先进。在发达国家，工业机器人自动化生产线成套设备已经成为自动化设备的主流和未来发展方向。工业机器人自动化生产线已广泛应用于国外汽车工业、电子电气工业、工程机械等行业，以保证产品质量和高生产效率。目前，典型的成套设备包括大型汽车外壳冲压自动化系统技术及成套设备、大型机器人车身焊接自动化系统技术及成套设备、电子电器等机器人柔性自动化。

发展方向

工业机器人正在向智能化发展，智能工业机器人将成为未来的技术制高点和经济增长点。

为了跟上未来工业的发展，工业机器人技术是先进制造技术的代表。首要任务是提高工业机器人的智能技术。智能技术可以提高机器人的工作能力和性能。智能技术的发展将推动机器人技术的进步，未来的智能水平将标志着机器人的水平。虽然目前还有很多问题需要解决，但是随着科技的进步，会逐渐完善和发展。未来智能的方向不会改变，机器人产品会扩展到更多的行业，形成一个完整的体系。如今，随着中国劳动兴趣的不时上升，工业机器人将迅速发展，并逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。

近年来，越来越多的智能机器人参与到人类的生产和生活中。人工智能技术不仅在西方国家发展强劲，在中国也有着引人注目的发展前景。据行业分析师介绍，中国已经是全球机器人行业增长最快的市场，中国的高速增长将使中国在未来两年内超越日本，成为全球最大的工业机器人市场。

近日，美国谷歌公司(Google Inc .)先后收购了一批与智能机器人相关的科技公司，引起了外界的广泛关注。该公司是世界上最具创新性的R&D科技公司之一；虽然它最著名的业务领域是搜索、广告和云计算，但最近它在智能机器人行业投入了大量资金。中国知名学者周海中教授认为，谷歌进入智能机器人领域的时机已到，已经看到了未来的技术制高点和经济增长点；这一举措影响深远，它采用了新的发展模式来为其长期利益制定计划。