工业机器人的概念与典型应用

1.1 工业机器人的定义及特点

1.2 工业机器人的分类

关于工业机器人的分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。下面依据几个有代表性的分类方法列举机器人的分类。

1.按工业机器人结构坐标系统特点方式分类

按结构坐标系统特点方式分，机器人可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型（球面坐标型）机器人、关节坐标机器人、SCARA型水平关节机器人等五类。

2.按工业机器人执行机构的控制方式分类

（1）点位控制方式机器人

控制时只要求工业机器人快速准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹不做任何规定。

（2）连续轨迹控制型机器人

控制时要求工业机器人严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，并且速度可控，轨迹光滑，运动平稳。

（3）力（力矩）控制型机器人

在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作。

（4）智能控制型机器人

机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的信息，并根据自身内部的知识库做出相应的决策的控制方式。

3.按程序输入方式分类

按程序输入方式可分为离线输入型和示教输入型两类。

（1）离线输入型机器人是将计算机上已编号的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制系统。

（2）示教再现型机器人是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。示教方式有两种：一种是由操作者用手动操作示教器将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接移动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。

4.按工业机器人用途分类

按工业机器人用途分类，工业机器人可分为装配机器人、焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、码垛机器人、涂胶机器人等。

1.3工业机器人的典型应用

自从20世纪50年代末人类创造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，在短短40多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。

工业机器人的使用不仅能将工人从繁重或有害的体力劳动中解放出来，解决当前劳动力短缺问题，而且能够提高生产效率和产品质量，增强企业整体竞争力。服务型机器人通常是可移动的，代替或协助人类完成为人类提供服务和安全保障的各种工作。工业机器人并不仅是简单意义上代替人工的劳动，它可作为一个可编程的高度柔性、开放的加工单元集成到先进制造系统，适合于多品种大批量的柔性生产，可以提升产品的稳定性和一致性，在提高生产效率的同时加快产品的

工业机器人有以上优点，使得工业机器人及成套设备广泛应用于各个领域。目前，工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中，如下表所示。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运

焊接机器人技术的新发展

将激光用于焊接机器人是激光焊接的一种重要形式。焊接机器人具有多自由度、编程灵活、自动化程度高、柔性程度高等特点，是焊接生产线的重要组成部

分。将激光器安装在焊接机器人上进行焊接，大大提高了焊接机器人的焊接质量和适用范围，在船板、汽车生产线中激光焊接机器人具有越来越重要的地位。图1所示为CO2激光焊接机器人。

图1 CO2激光焊接机器人

激光焊接具有焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接速度快、焊接线能量低、焊接变形小、聚焦后的光斑直径小（0.2～0.6 mm）和能量密度高（106 W/cm2）的特点，但是对焊接接头装配精度和间隙要求高，焊缝易出现气孔、裂缝和咬边等缺陷，设备投资大，能量转换效率低。而常规的熔化极电弧焊虽然焊接速度慢、焊接线能量大、熔深小、热影响区大、焊接变形大，但是设备投资小，对间隙不敏感，能填充金属。因此，近年来激光焊接的发展趋势之一就是采用激光+电弧的联合焊接方法，将激光和电弧两种热源的优点集中起来，弥补单热源焊接工艺的不足，如图2所示。

图2 激光+电弧复合热源焊接示意图

将三种焊接条件下的焊缝熔深做对比，结果如图3所示，图中从上至下依次为电弧焊的熔深、激光焊的熔深、激光+电弧复合热源的熔深。从中可以看出，复合热源的焊缝具有很好的焊缝熔深和深宽比。

图3 三种焊接条件下的焊缝熔深

实训认识不同类型的工业机器人

1. 实训目的

在机器人实训室，教师为学生介绍并操作演示搬运、焊接等不同类型工业机器人，通过介绍、操作演示，使得学生能够初步了解不同类型工业机器人的使用方法、特点、作用、区别等，对工业机器人有初步认知。

2. 实训步骤

1）学生分组。

2）老师介绍实训工业机器人（焊接、搬运机器人）类型、品牌、应用等。

3）教师演示工业机器人的操作过程，并说明操作过程的注意事项等。

4）每组同学进行简单操作。

小结：

工业机器人是一种能自动定位控制并可重新编程予以变动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运材料、零件和握持工具，以完成各种不同的作业。

工业机器人的发展过程可分为三代。第一代为示教再现型机器人，它可以按照预先设定的程序，自主完成规定动作或操作，当前工业中应用最多。第二代为感知型机器人，如有力觉、触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人，尚处于实验研究阶段。

工业机器人对于新兴产业的发展和传统产业的转型都起着非常重要的作用。目前工业机器人在生产中应用范围越来越广，受市场需求等原因的驱动，也将直接推动机器人产业的快速发展。

机器人产业发展主要有三个驱动力。经济结构转型的“推力”；人口构成造成未来劳动力短缺与制造业用人成本趋势性上升的“拉力”；政府政策扶持的“催化力”。

对于机器人代替人工，除人力成本（降低）、人力贡献（降低）以及新型定制化生产（的出现）等因素之外，更多的是全球制造业正处于再次升级阶段，即制造业自动化转型升级，高度的自动化生产将是今后的发展趋势。