工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成和分類(lèi)

工業(yè)機(jī)器人按照ISO 8373定義，它是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類(lèi)指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。

——維基百科

01

工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成

工業(yè)機(jī)器人主要由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。

主體 -即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3-6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1-3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) -包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，核心為減速器以及伺服電機(jī)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；

控制系統(tǒng) -是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。

工業(yè)機(jī)器人拆解圖

02

工業(yè)機(jī)器人分類(lèi)

關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)，國(guó)際上沒(méi)有指定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。

按照結(jié)構(gòu)形態(tài)分類(lèi)如下：

按照應(yīng)用分類(lèi)如下：

03

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要是由機(jī)器人零部件生產(chǎn)企業(yè)、機(jī)器人本體生產(chǎn)企業(yè)、代理商、系統(tǒng)集成商、最終用戶構(gòu)成。本體是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的核心，通常，本體企業(yè)設(shè)計(jì)本體、編寫(xiě)軟件，采購(gòu)?fù)ㄟ^(guò)代理商銷(xiāo)售給系統(tǒng)集成商，系統(tǒng)集成商直接面向終端客戶。有的本體企業(yè)和代理商也會(huì)兼做系統(tǒng)集成商。

從地區(qū)來(lái)看，歐洲、日本牢牢占據(jù)著工業(yè)機(jī)器人天下，日本、德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人水平 世界 領(lǐng)先，這主要因?yàn)樗麄兙邆湎劝l(fā)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)沉淀。日本在工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件（減速機(jī)、伺服電機(jī)等）的研發(fā)方面具備較強(qiáng)的技術(shù)壁壘。德國(guó)工業(yè)機(jī)器人在原材料、本體零部件和系統(tǒng)集成方面有一定優(yōu)勢(shì)。

從企業(yè)來(lái)看，ABB、發(fā)那科(FANUC)、庫(kù)卡(KUKA)和安川電機(jī)(YASKAWA)這四家企業(yè)是工業(yè)機(jī)器人的四大家族，成為世界主要的工業(yè)機(jī)器人供貨商，占據(jù)世界約 50% 的市場(chǎng)份額。

04

工業(yè)機(jī)器人工作原理

機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器人的原理就是模仿人的各種肢體動(dòng)作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機(jī)器人可以通過(guò)如下四種方式來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)。

“示教再現(xiàn)”方式：它通過(guò)“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過(guò)程記憶下來(lái)，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。

“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫(xiě)控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的。

“遙控”方式：由人用有線或無(wú)線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場(chǎng)所完成某項(xiàng)任務(wù)。如防暴排險(xiǎn)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機(jī)器人等。

“自主控制”方式：是機(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。

以六軸垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人為例(如下圖)，通過(guò)機(jī)器人控制器及其控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)S軸回旋，L軸下臂傾動(dòng)，U軸上臂傾動(dòng)，R軸手臂橫擺，B軸手腕俯仰以及T軸的手腕回旋，實(shí)現(xiàn)六個(gè)軸的動(dòng)作操作與配合。

如采用集中式控制系統(tǒng)，其控制原理將如下圖所示：

而如果采用分布式控制系統(tǒng)，其控制原理又將如下圖所示：

05

工業(yè)機(jī)器人廠商面臨的一些問(wèn)題

隨著工業(yè)制造業(yè)不斷的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，以及各種新技術(shù)的涌現(xiàn)，機(jī)器人制造商在生產(chǎn)過(guò)程中，也要考慮其終端用戶的使用需求，例如一些工廠和產(chǎn)線的升級(jí)改造，機(jī)器人廠商也需要適應(yīng)市場(chǎng)變化，做出相應(yīng)調(diào)整。

審核編輯 ：李倩