1.1 工業(yè)機器人概述

工業(yè)機器人在出廠的時候一般由機器人本體、機器人控制柜和機器人示教器組成。機器人本體又稱為機械臂，是機器人各種動作實現(xiàn)的操縱機構(gòu)；機器人本體在出廠的時候一般不安裝手爪，手爪是用戶根據(jù)實際應(yīng)用需要進行設(shè)計并安裝使用的。機器人控制柜用來驅(qū)動機器人各個關(guān)節(jié)的動作及控制其工作流程。機器人示教器也稱為示教盒，用來手動操縱機器人，配置機器人參數(shù)，在線編輯、調(diào)試和運行機器人程序。

工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)一般由一系列連桿、關(guān)節(jié)或其他形式的運動副所組成，如圖1-1所示。機械系統(tǒng)通常包括基座、立柱、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪等，構(gòu)成一個多自由度的機械系統(tǒng)。工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行。

1.1.1 工業(yè)機器人技術(shù)指標

1.自由度

自由度是指機器人機構(gòu)能夠獨立運動的關(guān)節(jié)數(shù)目，是衡量機器人動作靈活性的重要指標，可用軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示。

工業(yè)機器人的多自由度最終用于改變末端在三維空間中的位姿。以通用的6自由度工業(yè)機器人為例，由第1～3軸驅(qū)動的3個自由度用于調(diào)整末端執(zhí)行器的空間定位，由第4～6軸驅(qū)動的3個自由度用于調(diào)整末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)，如圖1-2所示。

2.工作范圍

工作范圍是指機器人在未安裝末端執(zhí)行器時，其手腕參考點所能到達的空間。工作范圍是衡量機器人作業(yè)能力的重要指標，工作范圍越大，機器人的作業(yè)區(qū)域也就越大。

工作范圍的大小取決于各關(guān)節(jié)運動的極限范圍，不僅與機器人各構(gòu)件尺寸有關(guān)，還與它的總體構(gòu)形有關(guān)。在工作空間內(nèi)不僅要考慮各構(gòu)件自身的干涉，還要防止構(gòu)件與作業(yè)環(huán)境發(fā)生碰撞。因此，工作范圍的定義應(yīng)剔除機器人在運動過程中可能產(chǎn)生自身碰撞的干涉區(qū)，實際工作范圍還應(yīng)剔除末端執(zhí)行器碰撞的干涉區(qū)。

如圖1-3所示，藍線內(nèi)部為機器人的工作空間，展示了工業(yè)機器人的最高、最低、最遠和最近工作范圍。

3.最大工作速度

最大工作速度是指機器人在空載、穩(wěn)態(tài)運動時所能夠達到的最大穩(wěn)定速度，或者末端最大的合成速度。運動速度決定了機器人的工作效率，它是反映機器人性能水平的重要參數(shù)。

4.定位精度

機器人的定位精度是指機器人定位時，末端執(zhí)行器實際到達的位置和目標位置間的誤差值，它是衡量機器人作業(yè)性能的重要技術(shù)指標。機器人樣本和說明書中所提供的定位精度一般是各坐標軸的重復(fù)定位精度（Position Repeatability），在部分產(chǎn)品上還提供了軌跡重復(fù)精度（Path Repeatability）。

5.承載能力

承載能力（Payload）是指機器人在工作范圍內(nèi)任意位姿所能承受的最大質(zhì)量，其不僅取決于負載的質(zhì)量，還與機器人在運行時的速度與加速度有關(guān)。它一般用質(zhì)量、搬運、裝配、轉(zhuǎn)矩等技術(shù)參數(shù)表示。對專用機械手來說，其承載能力主要根據(jù)被抓取物體的質(zhì)量來定，其安全系數(shù)一般可在1.5～3.0之間選取。

為了能夠準確反映負載重心的變化情況，機器人承載能力有時也可用允許轉(zhuǎn)矩（Allowable Moment）的形式表示，或者通過機器人承載能力隨負載重心位置變化圖來詳細表示承載能力參數(shù)。

1.1.2 工業(yè)機器人應(yīng)用行業(yè)

工業(yè)機器人與自動化成套裝備是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

1.汽車行業(yè)

在我國，50%的工業(yè)機器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，其中50%以上為焊接機器人；在發(fā)達國家，汽車工業(yè)機器人占機器人總保有量的53%以上。

中國正由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競爭力，這一切都預(yù)示機器人的發(fā)展前景巨大。

2.電子電氣行業(yè)

工業(yè)機器人在電子電氣行業(yè)的應(yīng)用較普遍。例如，在手機生產(chǎn)領(lǐng)域，分揀裝箱、撕膜系統(tǒng)、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機器人等，適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。

電子行業(yè)機器人由國內(nèi)生產(chǎn)商根據(jù)電子生產(chǎn)行業(yè)需求所特制，小型化、簡單化的特性實現(xiàn)了電子組裝高精度、高效的生產(chǎn)，滿足了電子組裝加工設(shè)備日益精細化的需求，而自動化加工更是大大提升了生產(chǎn)效益。

3.橡膠及塑料工業(yè)

塑料工業(yè)合作緊密而且專業(yè)化程度高，塑料的生產(chǎn)、加工和機械制造緊密相連。要躋身塑料工業(yè)需符合極為嚴格的標準，對機器人來說，它不僅是凈室環(huán)境標準下的最佳生產(chǎn)工具，而且可在注塑機旁完成高強度作業(yè)。即使在高標準的生產(chǎn)環(huán)境下，它也能可靠地提高各種工藝的經(jīng)濟效益。因為機器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作業(yè)。

4.鑄造行業(yè)

在極端的工作環(huán)境下進行多班作業(yè)——鑄造領(lǐng)域的作業(yè)使工人和機器承受沉重負擔(dān)。機器人以其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計、靈活的控制系統(tǒng)、專用的應(yīng)用軟件能夠滿足鑄造行業(yè)整個自動化應(yīng)用領(lǐng)域的最高要求。它不僅防水，而且耐臟、抗熱，甚至可以直接在注塑機旁、內(nèi)部和上方用于取出工件。此外，它還可以可靠地將工藝單元和生產(chǎn)單元連接起來。另外，在去毛邊、磨削或鉆孔等精加工作業(yè)以及進行質(zhì)量檢測方面，機器人也表現(xiàn)非凡。

5.食品行業(yè)

目前人們已經(jīng)開發(fā)出的食品工業(yè)機器人有包裝罐頭機器人、自動午餐機器人和切割牛肉機器人等。

切割牛肉機器人將要加工的牛的肢體與數(shù)據(jù)庫中存儲的牛肢體的切割信息進行比較來加工每一頭牛，這樣就可以順著每次切割所定的初始路線方向來確定刀的起點和終點，然后用機器人驅(qū)動刀切入牛的身體里面。傳感器系統(tǒng)監(jiān)視切割時所用力的大小，來確定刀是否是在切割骨頭，同時把信息反饋給機器人控制系統(tǒng)，以控制刀片只順著骨頭的輪廓移動，從而避免損壞刀片。

6.化工行業(yè)

目前應(yīng)用于化工行業(yè)的潔凈機器人及其自動化設(shè)備主要有大氣機械手、真空機械手、潔凈鍍膜機械手、潔凈AGV/RGV及潔凈物流自動傳輸系統(tǒng)等。很多現(xiàn)代化工業(yè)品生產(chǎn)要求精密化、微型化，高純度、高質(zhì)量和高可靠性，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中要求有一個潔凈的環(huán)境，潔凈度的高低直接影響產(chǎn)品的合格率，潔凈技術(shù)就是隨著產(chǎn)品生產(chǎn)對潔凈生產(chǎn)環(huán)境污染物的控制要求、控制方法以及控制設(shè)施的日益嚴格而不斷發(fā)展的。

7.家電行業(yè)

使用機器人可以更經(jīng)濟有效地完成白色家電生產(chǎn)、加工、搬運、測量和檢驗工作。因其具有較高的生產(chǎn)率、重復(fù)性的高精確度、很高的可靠性以及光學(xué)和觸覺性能，機器人幾乎可以運用到家用電器生產(chǎn)工藝流程的所有方面。