工业机器人特点及发展趋势分析

摘 要：随着工业4.0和中国制造2025的推动，我国工业机器人正迅猛发展，智能工厂无人工厂的发展如火如荼。本文主要介绍了工业机器人的特点、分类，最后分析了工业机器人的发展趋势、

关键词：工业4.0；工业机器人；趋势

当前，新的产业变革和科技革命与我国要加快变革经济发展形式交汇在一起，国际上的产业分工格局正在重新形成。在工业4.0和中国制造2025的大环境大趋势下，建设智能工厂，实现智能生产显得尤为重要。而工业机器人就是实现中国制造2025，实现工业自动化和智能生产必不可少的工具。工业机器人目前在大多发达国家和部分发展中国家都已经得到了广泛的应用，应用范围不仅仅在传统的制造领域，在非制造领域，如服务业，医疗行业，甚至太空作业等都已随处可见工业机器人的身影。

机器人工作环境的复杂多样，使仿真和离线编程的发展和应用变得越来越广泛。在计算机中进行仿真和离线编程的应用，使工业机器人的控制操作变得更加便携，高效，简单和安全。

1 工业机器人的定义和特点

1.1 工业机器人的定义

工业机器人的定义是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，能够依靠自身动力和通过逻辑编程的控制能力来实现所需的不同功能的一种机器。它能够按照人类的指挥进行动作，也可以按照预先编写好并输入至机器人中的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工业机器人是由三个基本部分组成的，即控制系统、驱动系统和主体。控制系统是由机器人主板处理器进行控制，按照编写输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，来控制机器人的动作，一般也认为控制系统也包括人机交互系统；由控制系统发出的信号是由驱动系统驱动机器人本体来完成相应的动作的，驱动系统是由动力装置和传动机构所组成的；工业机器人的主体即包括机器人的机座和执行机构在内的所有机器人实体部分，一般的工业机器人都具有臂部、腕部和手部等部位，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，常见的为5自由度工业机器人和6自由度工业机器人，其分别具有5个运动轴和6个运动轴。现代的工业机器人向着智能化方向发展又附加了感知系统和机器人与环境的交互系统，集成了大量的传感器和处理单元。

1.2 工业机器人特点

工业机器人主要有以下四个特点：

（1）可编程。工业机器人可以随其在具体的工作环境和条件的改变编写不同的程序，以程序去驱动机器人完成不同的动作来满足不同条件下的各种需求，达成不同的任务目标。所以工业机器人可以适应各种不同的环境，并对不同的环境和条件做出最适合该环境下的调整来满足需要，尤其是在有毒有害等恶劣环境下。在批量较大，品种较多的情况下有很高的工作效率，是柔性制造系统中非常关键的一个环节。

（2）拟人化。工业机器人与人体结构在很多方面有着较为相似的地方，即工业机器人有着较高的拟人化特点。工业机器人有与人相似的腕部，手爪，手臂，关节等机械结构，可以完成与人类动作很相似甚至人类不能完成的动作。此外，智能化的工业机器人还具有许多类似人类的可以达到人类某些能力的“生物传感器”和功能等，如皮肤型接触传感器、负载传感器、灰度传感器、力传感器、语言功能、视觉传感器等。当工业机器人所拥有的传感器的种类越多，其控制系统所需处理的数据就越多，当然也就会对周围环境的自适应能力就越强，所能实现的功能就越多。

（3）通用性。除了专用场合而进行专门设计的机器人外，一般的工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性，同样的机器人可以完成各种不同的任务。对于同一型号或者系列的机器人，通过更改控制程序或者主板控制系统，改变机器人的安装方式，更换末端执行器（EOAT）便可让机器人执行各种各样的作业任务。比如相同的机器人可以用来抓取，搬运，喷漆，焊接等性质不同的操作。

（4）高集成性。工业机器技术所涉及的相关学科内容相当的广泛，总结起来就是机械学科和微电子学科的结合，也就是机电一体化技术。工业机器人的控制系统需要计算机微电子技术的支持，而且现在的智能机器人越来越多的涉及到微電子学电子计算机的应用，例如 具有各种传感器的机器人可以感知外部环境的情况，而且还可以针对环境进行相应的处理工作，比如图像识别，语言理解和记忆能力。工业机器人的高集成性，使得机器人所涉及的领域越来越广泛，发挥的作用也越来越大，因此，工业机器人的发展水平可以带动一个国家工业技术和科学技术的发展水平。

2 工业机器人的分类

工业机器人根据不同的分类标准可以分为不同的类型，分类标准大体上有按应用领域分类，按控制方式分类和按几何结构分类等。

按照应用领域进行分类，工业机器人可以分为：

（1）装配机器人

装配机器人是装配系统实现自动化的核心设备，在无人工厂等场所有着十分关键的地位。装配机器人是由机器人主体、相关控制装置、末端执行器和相配套的传感系统所组成。装配机器人的应用场合设计到生产领域的各个方面，主要用于各种的电器制造行业（包括家用电器，如电视机、电冰箱、吸尘器等）、汽车及其部件的装配、机电产品及其组件的装配等方面。

（2）焊接机器人

焊接机器人是目前工业机器人中应用的最为广泛的机器人之一，主要是进行焊接工作（包括切割与喷涂工作）的工业机器人。焊接机器人又由焊接方式的不同分为点焊机器人和弧焊机器人。

（3）搬运机器人

搬运机器人是最广泛用于工业生产的工业机器人之一，是可以通过编程实现自动化搬运工作的工业机器人。搬运机器人包括AGV小车但并不限于AGV小车，被广泛应用于自动化成产线，码垛搬运，机床上下料，集装箱自动搬运等搬运工作中。

（4）激光加工机器人

激光加工机器人是通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，可用于工件的激光表面处理，打孔，焊接和模具修复等。

工业机器人按照其他不同的标准又有其他不同的分类，工业机器人按照控制方式可以分为非伺服机器人和伺服机器人。工业机器人按照几何结构可将其划分为直角坐标机器人，柱面坐标机器人，球面坐标机器人和关节型机器人等。

3 工业机器人的发展趋势

在“工业4.0”和“中国制造2025”的大潮下，工业机器人的发展势必将更进一个台阶。“工业4.0”是德国提出的以“智能工厂”“智能生产”“智能物流”为主题的国家级战略，工业领域自动化的发展和成熟是德国启动“工业4.0”的重要前提之一，而工业机器人又是工业领域自动化技术的关键动力，工业机器人研发和制造必会受到世界各国政府和企业越来越高的重视。在我国，新一轮的产业变革和科技革命与我国加快转变经济发展方式的相关政策形成了历史性的交汇，世界各国产业工业分工格局正在重新形成。我国目前正在大力推行“中国制造2025”战略，其目标是加快我国制造业智能化自动化的发展步伐，把我国建设成为带领世界制造业发展趋势的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦奠定不可动摇的根基。中国工业机器人市场是全球工业机器人增长最快的市场，目前我国的产业结构也正处于升级转型的时期，以汽车为主的重点机械装备制造行业对工业机器人的需求越来越大并保持高速增长的势头。我国的工业机器人也肯定会突破创新僵局，向智能化，数字化，模块化和具有大量自主知识产权的方向发展。

作者简介

程苏全，郑州大学机械工程学院在读研究生。

徐博凡，郑州大学机械工程学院在读研究生。

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