工業(yè)機器人是一種典型的自動執(zhí)行工作的機電一體化設備國際標準化組織將工業(yè)機器人定義為自動化、速度和位置可控、可重復編程的、自行控制和加工各種零件和工具，執(zhí)行和完成各種操作的多用途操作機，可以是固定式的，也可以是移動式的。工業(yè)機器人一般由四個主要部分組成：機械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。主要技術(shù)是傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和控制技術(shù)等。工業(yè)機器人的分類方法有很多種，常見的有按控制方式分類和按運動鏈區(qū)分常見的應用場景包括組裝、協(xié)作、搬運、焊接、噴漆等。經(jīng)過長期的探索和研究，工業(yè)機器人領域發(fā)展迅速，技術(shù)逐漸成熟，智能化程度不斷提高工業(yè)機器人作為先進裝備制造中不可或缺的工具，是為了提高工業(yè)生產(chǎn)效率、工業(yè)機器人作為解放和發(fā)展生產(chǎn)力的重要支撐，未來對工業(yè)機器人的投入將持續(xù)增加，工業(yè)機器人將走向人機合作、自主性和多機器人合作。

工業(yè)機器人是指面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人，可以實現(xiàn)自動控制、可重復編程、多用途、可以在三個或三個以上軸上編程的多用途操作機，可以是固定的，也可以是移動的，主要用于工業(yè)自動化，在加工過程中通過自動控制來執(zhí)行一些操作，包括焊接機器人、搬運機器人、噴涂機器人等。這些工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)領域完成相關操作，具有多個自由度、高附加值、它應用廣泛，其發(fā)展水平也反映了一個國家 美國制造自動化和生產(chǎn)水平。

工業(yè)機器人效率高、高速度、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，其動作是由編程軟件和控制裝置共同制定的。它的自動化特點使它們能夠一天24小時工作，并能在高污染環(huán)境下工作、高低溫、在高風險環(huán)境中操作，因此被廣泛應用于不同的行業(yè)和領域。典型的應用包括焊接、噴漆、搬運、裝配、產(chǎn)品檢驗和測試等。工業(yè)機器人的種類很多，其中最常見的區(qū)別特征就是關節(jié)臂的伸出距離、有效載荷能力等。工業(yè)機器人技術(shù)的應用也提高了生產(chǎn)率和利潤，同時減少了勞動密集型工作。

工業(yè)機器人沒有不是一開始就存在的，而是工業(yè)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。在現(xiàn)代工業(yè)機器人發(fā)明之前，工業(yè)機器人技術(shù)還處于想象和探索階段。1921年，捷克作家卡雷爾·卡佩克（Karel Capek）最早用在他創(chuàng)作的一部科幻電影里“機器人”這個術(shù)語。1940年，美國作家艾薩克·阿西莫夫（Isaac   Asimov）提出“機器人三守則”，讓工業(yè)機器人更貼近人類。1937年，比爾?格里菲斯?泰勒（Bill Griffith  P.Taylor）發(fā)明了一種機械臂，這是已知最早適應ISO標準的機器人。

之后，工業(yè)機器人進入生產(chǎn)和初步發(fā)展階段1954年，美國發(fā)明家喬治·德沃爾（George Devol）我申請了一個程序化物體轉(zhuǎn)移的專利，主要是把物體從一個點轉(zhuǎn)移到另一個點，被認為是現(xiàn)代工業(yè)機器人最早的雛形。1958年的喬治·德瓦爾正在與年輕的美國工程師和企業(yè)家約瑟夫·恩格爾伯格（Joseph   engelberg）合作后成立了第一家工業(yè)機器人公司Unimation他們發(fā)明了一種機械臂，可以根據(jù)預先編程的指令拿起和放好東西。

工業(yè)機器人

1961年，工業(yè)機器人首次在通用汽車公司投入使用美國工廠從壓鑄機中提取零件。1970年第一屆工業(yè)機器人國際研討會在芝加哥召開，證明了工業(yè)機器人技術(shù)研究已經(jīng)成為一個充滿活力的研究領域。

1969年，斯坦福大學的維克多·申曼（Victor   Sherman）發(fā)明了斯坦福arm，這是一個全電動的六自由度關節(jié)機器人以arm為研究原型，為解決工程問題而設計，由當時最先進的計算機DEC PDP開發(fā)-6控制。它具有一個非人類的運動學配置，具有一個移動關節(jié)和五個旋轉(zhuǎn)關節(jié)，這使得機器人運動學方程足夠簡單以加速計算隨后的機器人設計受到沈曼概念的強烈影響。 

工業(yè)機器人經(jīng)過一段時間的發(fā)展，已經(jīng)進入技術(shù)快速進步和商業(yè)規(guī)模應用階段與之前相比，這一時期的技術(shù)有了很大的進步，也呈現(xiàn)出快速商業(yè)化應用的特點。

1973年，德國庫卡（KUKA）制造了它的第一個工業(yè)機器人，命名為FAMULUS，這是世界上第一個由電機驅(qū)動的六軸工業(yè)機器人。同年，ASEA公司（現(xiàn)為ABB公司）世界與中國美國第一個商用微處理器控制的全電動工業(yè)機器人IRB問世-6它允許連續(xù)運動，這是許多實際應用的先決條件，如電弧焊或材料去除。

1978年，山梨大學的穆楊葉（Hiroshi Makino）發(fā)明了選擇性柔順裝配機械手SCARA，這是世界 第一臺水平關節(jié)工業(yè)機器人。1984年，工業(yè)機器人動力學和精度的進一步優(yōu)化誕生了第一個直接驅(qū)動的SCARA工業(yè)機器人，命名為AdeptOne。

20世紀70年代末，許多公司進入工業(yè)機器人領域，工業(yè)機器人開始轉(zhuǎn)向智能化階段。2006年，庫卡公司（KUKA）介紹了他們的LBR輕型原型機器人，這是一種緊湊的7自由度機械臂，具有先進的扭矩控制能力，適用于高性能的工程作業(yè)。發(fā)那科，日本，2010（FANUC）公司推出“學習控制機器人”它減少了機器人在運動過程中的振動。

根據(jù)國際機器人協(xié)會的統(tǒng)計，全球工業(yè)機器人的銷量正在穩(wěn)步增長，特別是從2005年到2014年，新安裝工業(yè)機器人的年均增長率達到14%工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)日趨智能化、隨著模塊化系統(tǒng)化的發(fā)展，智能制造的發(fā)展是大勢所趨，工業(yè)機器人的重要性將與日俱增。

機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)主要由傳動機構(gòu)和連桿組形成的開環(huán)或閉環(huán)運動鏈兩部分組成。連桿與人體大臂、手臂等，通常會移動和旋轉(zhuǎn)。移動關節(jié)可以使連桿做直線運動，旋轉(zhuǎn)關節(jié)可以實現(xiàn)構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動。由關節(jié)和連桿組成的機械裝置通常包括一個臂、手腕和手，這些部位可以根據(jù)需要向一定方向運動，執(zhí)行指定的工作。

驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)是為各種機械部件提供動力的裝置，它包括驅(qū)動器和執(zhí)行器。它的傳動形式是氣動的、液壓式、電動式和機械式。致動器可以直接與工業(yè)機器人臂連接、手腕或手與連桿或關節(jié)相連，或通過傳動裝置如齒輪與運動部件相連。

傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)將工業(yè)機器人的各種信息轉(zhuǎn)換成機器本身和機器人之間可以理解和使用的數(shù)據(jù)和信息，完成與其工作狀態(tài)相關的物理量（如位移、速度、力等）的感知。傳感系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，其功能是將機器人的運動學信息和外部環(huán)境信息傳遞給工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的主要工作是通過操作指令和傳感器反饋的信息來控制機器人，使其完成預定的動作和功能。根據(jù)傳感裝置傳輸?shù)男畔?，確定機械系統(tǒng)各部分的運動軌跡、速度、加速度和外界條件，保證機器各部分在規(guī)定的時間按照預設的步驟工作。根據(jù)反饋特性，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

工業(yè)機器人的關鍵技術(shù)是對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)過處理后，按照既定的程序，利用電機完成一項任務。軟件對加工過程的幫助并不完美這時，制造過程中先進的硬件設施對提高產(chǎn)品的生產(chǎn)加工效率起著非常重要的作用。工業(yè)機器人智能化程度高，涉及技術(shù)范圍廣主要技術(shù)如下。

傳感器技術(shù)

將傳感器技術(shù)應用于工業(yè)機器人，實現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)的實時采集，靈敏度高，綜合性能強，能有效采集、定位和防護功能。傳感器作為傳感系統(tǒng)的傳感設備，是實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)的關鍵技術(shù)功能越強大，傳感系統(tǒng)的自動化程度就越高。

信息處理技術(shù)

傳感器收集大量信息后，由中央處理器進行處理與常規(guī)的機械裝置相比，工業(yè)機器人最大的特點是可以與各種信息處理系統(tǒng)緊密結(jié)合，其中最常用的是微處理器技術(shù)。

驅(qū)動技術(shù)

在工業(yè)機器人中，必須有一個特殊的機械裝置來執(zhí)行信息處理的結(jié)果最常見的是用電機驅(qū)動，用曲柄就可以實現(xiàn)傳動、皮帶、鉸鏈等將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為其他形式的運動，在三維坐標中實現(xiàn)不同的動作。執(zhí)行機構(gòu)的運動是以坐標的形式定位的，所以運動的精度相當高。因為實現(xiàn)不同的目標需要不同的運動方式，所以工業(yè)機器人的驅(qū)動方式也是不同的。

控制技術(shù)

控制技術(shù)是工業(yè)機器人的核心技術(shù)，主要涉及位置控制、軌跡規(guī)劃、力（矩）控制、智能控制等。工業(yè)機器人可以根據(jù)其工作特點選擇相應的控制模式。根據(jù)它們的運動坐標，可分為直角坐標空間運動控制和關節(jié)空間運動控制。工業(yè)機器人的位置控制是實現(xiàn)機械手各關節(jié)沿既定軌跡運動，從而保證其在既定軌跡上運動。

無伺服機器人

無伺服控制機器人由單向、具有無反饋機構(gòu)開環(huán)控制的工業(yè)機器人。沒有伺服控制的機器人的操作性能相對有限工業(yè)機器人按照預定的程序順序工作，并采用限位開關、制動器、插銷板、音序器等等來控制它。插銷板用于定義工業(yè)機器人的工作順序，通常可以調(diào)整。定序器是一種定時開關或步進裝置，可以按照預先確定的適當順序開啟驅(qū)動器能量。接通電源后，機器人的傳動系統(tǒng)控制機器人運動機器人移動到限位開關的指定區(qū)域后，限位開關改變工作狀態(tài)，向定序器發(fā)出信號，停止移動。

伺服控制機器人

伺服控制機器人具有更強的工作能力伺服控制系統(tǒng)是使對象的輸出控制量任意跟蹤輸入目標的自動控制系統(tǒng)該系統(tǒng)的受控對象可以是機械手的位置、速度、加速度、受到的作用力等。將傳感器得到的反饋與已知設備輸出的總數(shù)據(jù)進行比較，得到誤差信號并放大，從而激活工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，然后按照特定的規(guī)則移動終端驅(qū)動機構(gòu)，使其達到預定的位置或速度這些過程被稱為反饋控制系統(tǒng)。

串聯(lián)機器人

串聯(lián)機器人的機械構(gòu)件采用開放式運動鏈結(jié)構(gòu)，即一組連桿通過轉(zhuǎn)動關節(jié)或移動關節(jié)連接，其運動模式根據(jù)構(gòu)件間運動副的不同分為四類：笛卡兒臂可以向三個方向移動；圓柱坐標式臂可以升降、回轉(zhuǎn)和伸縮運動；球坐標型臂具有旋轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮等功能；多關節(jié)協(xié)調(diào)臂由多個旋轉(zhuǎn)關節(jié)串聯(lián)而成，可以到達球體空間的大部分位置。

串聯(lián)機器人由于結(jié)構(gòu)簡單操作方便靈活性強工作面積大等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。其缺點是運動鏈長，剛性差，運動精度低。另外，由于串聯(lián)機器人需要在每個鉸鏈上安裝傳動機構(gòu)，每個動臂部分的慣性矩比較大，不適合高速運行。

并聯(lián)機器人

并聯(lián)機器人的機械部分采用閉鏈結(jié)構(gòu)，包括固定平臺和通過兩條以上自由運動鏈與固定平臺連接的運動平臺，并聯(lián)驅(qū)動。并聯(lián)機器人的自由度可分為兩個自由度、三自由度和四自由度等。

并聯(lián)機器人有工作空間小的缺陷，但其傳動機構(gòu)可以放在固定平臺上或附近，使運動部件重量輕、速度快、動態(tài)響應好。同時，節(jié)點之間的誤差可以相互抵消、彌補，從而提高了系統(tǒng)的運動精度，并聯(lián)機器人具有較高的剛度、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，因此被廣泛應用于要求高剛度的場合、高精度、高負載、其中不需要大的工作空間。

其他類型

除了上述常用的按控制方式和按運動鏈形式分類外，還有許多其他的分類方法。例如，根據(jù)系統(tǒng)功能的分類，可以分為：在固定的地方工作的特殊機器人，有固定的程序，沒有獨立的控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)獨立、一種動作靈活，能夠通過改變控制程序完成多項任務的通用機器人；具有記憶功能，可完成復雜動作，適用于多工位頻繁變換工作路線的示教再現(xiàn)機器人；以及具有各種感覺功能的智能機器人，能夠通過比較識別做出決策，自動進行反饋補償，完成預定工作。根據(jù)驅(qū)動方式也有電機驅(qū)動的電驅(qū)動機器人和壓縮空氣驅(qū)動的氣動機器人。

協(xié)作機器人

這是工業(yè)機器人在制造業(yè)最常見的應用他們可以裝卸加工設備，從傳送帶上取下產(chǎn)品放入袋子或容器中，并按順序排列隨機產(chǎn)品。一般用在變量數(shù)量少的時候，因為要處理的對象種類少，所以末端工具更直接。在工作環(huán)境中，要拾取和放置的物體具有預定的尺寸、形狀、紋理和重量等。因此，機器人需要使用的夾持器類型可以針對特定對象進行優(yōu)化，并且更容易確定機器人的夾持力。

裝配機器人

制造業(yè)中的裝配描述了通過連接將子系統(tǒng)或組件組合成更復雜的系統(tǒng)。制造業(yè)中的裝配包括四個過程組：連接、搬運、控制和輔助過程（清洗、調(diào)整、標記等）工業(yè)機器人用于實現(xiàn)裝配自動化，尤其是汽車行業(yè)，是最早采用工業(yè)機器人進行裝配的行業(yè)之一。如今，裝配機器人的應用已經(jīng)遠遠超出了汽車領域，越來越多地應用于高度柔性的工作單元，對小零件的高速裝配需求日益增加。裝配機器人將成為工人和工人的通用工具手，這將大大提高在工作場所裝配的精度和速度。

搬運機器人

物料搬運是工業(yè)機器人最基本的應用在倉庫和工廠中，最常見的任務之一是運輸貨物這些活動的附加值很低，因此很適合自動化。多虧了機器人的速度、精度、隨著穩(wěn)定性等方面的提高，搬運機器人能搬運的東西越來越多，越來越普及既有利于減少運輸貨物所需的人工，又避免了安全問題它采用各種傳感器來防止事故。

噴涂機器人

工業(yè)涂裝是用油漆或其他涂料覆蓋工件的過程。在制造中，要涂漆或涂層的零件的形狀和尺寸都有明確的規(guī)定，操作重復性很高因此，噴漆和涂層操作非常適合工業(yè)機器人。通過使用該噴涂機器人，工人不必暴露于有害煙霧或過量噴涂，并且提高了安全性。工業(yè)噴涂機器人在汽車制造中已經(jīng)使用了幾十年它可以保持噴嘴與工件之間的精確距離和噴嘴的移動速度，這是避免誤差的關鍵。所有工作由工業(yè)噴涂機器人完成，實現(xiàn)高度自動化，精確調(diào)節(jié)壓力和流量，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，與人工處理一致、準確性和速度優(yōu)勢。 

焊接機器人

焊接是一種混合熔融填充材料的過程（焊料）通過放入接頭將零件連接在一起的過程填充材料的熔化溫度低于工件的熔化溫度。工業(yè)機器人典型的焊接工藝是點焊，用于車身裝配和氣體保護金屬電弧焊隨著激光光源的小型化和機器人運動精度的提高，激光焊接也應運而生。工業(yè)機器人點焊技術(shù)在汽車工業(yè)中應用廣泛與手工焊接相比，大大提高了生產(chǎn)速度，質(zhì)量更高，提高了工人的勞動強度安全。激光焊接使用激光束直接連接工件與電弧焊不同，電弧焊使用填料將兩種金屬連接在一起。激光焊接有助于實現(xiàn)自動化，因為激光束的寬度、可以精確控制穿透工件的深度以及光束的路徑和速度。

人機協(xié)作

傳統(tǒng)的工業(yè)機器人必須在防護圍欄等障礙物后面工作，與人保持距離，避免對人體造成傷害，這對工業(yè)機器人的效率影響很大。人機合作是人類認知和工業(yè)機器人工作效率的有機統(tǒng)一，可以幫助人們安全方便地操作，簡化編程過程，降低對操作人員的要求工作能力。

自主化

目前大部分工業(yè)機器人都是依靠預編程、示教再現(xiàn)，而且隨著時間的推移，工業(yè)機器人會逐漸自主學習、獨立工作等方向，根據(jù)實際工作環(huán)境而定、工作內(nèi)容，自動設定和優(yōu)化軌跡路徑，探測，避障等功能。

基于深度學習的工業(yè)機器人技術(shù)

在日益復雜的應用場景中，利用深度學習處理大數(shù)據(jù)，可以有效處理高復雜度環(huán)境下的多維問題。工業(yè)機器人與人工智能技術(shù)的融合將大大提高機器人的智能水平，從而達到更高的精度和效率，減少事故，實現(xiàn)人機合作、協(xié)同工作的目的。

多機器人協(xié)作

工業(yè)機器人能做的工作越來越復雜，越來越精密，越來越難以實現(xiàn)多機器人協(xié)作是目前工業(yè)機器人領域的一個重要課題。為了實現(xiàn)多機器人協(xié)同工作，需要處理好機器人之間的通信和決策問題，否則會影響工作的完成，導致工作效率的下降，嚴重時甚至會造成安全事故。

模塊化可重構(gòu)技術(shù)

大多數(shù)情況下，工業(yè)機器人只能完成單一操作，或者重復不同的操作。工作條件和環(huán)境的變化將使工業(yè)機器人難以快速適應新的需求因此，基于模塊化和可重構(gòu)的工業(yè)機器人技術(shù)逐漸被研究和重視。模塊化、可重構(gòu)技術(shù)是指在系統(tǒng)集成過程中，通過組合各種模塊，快速制造出具有多種功能的機器人，能夠滿足不同的需求，適應不同的工作環(huán)境，實現(xiàn)高效率高質(zhì)量的工作要求。

基于多傳感器融合的工業(yè)機器人技術(shù)

在復雜的工作條件和環(huán)境下，或者有多種要求的任務中，依靠單一的傳感器將無法實現(xiàn)快速、高效率地工作。因此，基于多傳感器的工業(yè)機器人技術(shù)日益成為人們關注的焦點。為了確保應用中的高可靠性、高穩(wěn)定性和高效率，基于多傳感器的傳感器集成技術(shù)必須解決通信、傳輸?shù)汝P鍵問題。