工业机器人

21.6.1 工业机器人的定义

工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。当前国内外对机器人的研究十分活跃，应用领域日益广泛，机器人的研究和应用水平也是衡量一个国家制造业及其工业自动化水平的标志之一。

21.6.2 工业机器人的组成与分类

1.工业机器人的组成

图21－14所示是一个典型的关节型工业机器人。从图21－14可知，工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成。

图21－14 工业机器人的结构组成

（1）执行机构。执行机构是一组具有与人手脚功能相似的机械机构，又俗称操作机，通常包括如下的组成部分。

①手部又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。若在手部安装专用工具，如焊枪、电钻、电动螺钉拧紧器等，就构成了专用的特殊手部。工业机器人手部有机械夹持式、真空吸附式、磁性吸附式等不同的结构形式。

②腕部是连接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。

③臂部是支撑手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置。

④机身又称立柱，是支撑臂部的部件，用以扩大臂部活动和作业范围。

⑤机座及行走机构是支撑整个机器人的基础件，用以确定或改变机器人的位置。

（2）控制系统。控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度等，可再现控制所存储的示教信息。

（3）驱动系统。驱动系统是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发来的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。常用的驱动系统有机械式、液压式、气动式及电气驱动等不同的驱动形式。

（4）位置检测装置。通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到设定的位置。

2.工业机器人的分类

机器人分类方法很多，这里仅按机器人的系统功能、驱动方式及机器人的结构形式进行分类。按系统功能分类可分为专用机器人、通用机器人、示教再现式机器人、智能机器人等。按驱动方式分类可分为气压传动机器人、液压传动机器人、电气传动机器人等。按结构形式分可分为直角坐标机器人（见图21－15（a））、圆柱坐标机器人（见图21－15（b））、关节机器人（见图21－15（c））、球坐标机器人（见图21－15（d））等。

图21－15 工业机器人的基本结构形式

21.6.3 工业机器人的控制系统组成

控制系统是机器人的重要组成部分，使机器人按照指令要求去完成所希望的作业任务。如图21－16所示，机器人控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、检测传感器、输入输出接口、通信接口等部分。

图21－16 工业机器人控制系统的组成框图

21.6.4 工业机器人的应用

工业机器人这支“铁领”工人队伍进入人类历史舞台从事各类生产活动已近半个世纪。在这半个世纪内，经历了示教再现型第一代机器人、具有感觉功能的第二代机器人和智能型第三代机器人的发展过程，代替人类完成某些单调、频繁和重复的长时间作业、或是恶劣环境下的作业。其应用已从机械制造应用领域扩展到电子、电器、冶金、化工、轻工、建筑、电力，邮电、军事、海洋、医疗、家庭及服务等行业。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，20世纪70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。