24年01期 | 工业机器人：自动化时代的生产先锋

摘要：

工业机器人是一种具备自动化、可编程、多轴运动特性的机器人系统，广泛应用于焊接、喷漆、装配、拆卸、电路板操作、包装、贴标、堆垛、产品检查和测试等制造领域，以其高耐久性、速度和精度完成各类任务。据国际机器人联合会（IFR）数据，2022年全球运营的工业机器人数量估计达到3,903,633台，彰显了其在制造业中的重要地位。

工业机器人解析：三大部分、六子系统

工业机器人，一般由机械、传感和控制三大部分组成，六个子系统分别为机械结构、驱动、感知、机器人-环境交互、人机交互以及控制系统。

1、机械结构系统：串联与并联

机械结构分为串联和并联两大类。串联机器人轴运动改变坐标原点，而并联机器人的一个轴运动不会改变另一轴的坐标原点。串联机器人早期主流，而并联机器人以刚度大、结构稳定、微动精度高等优势脱颖而出。正解易、反解难与串联相对，形成了各自独特的特点。

2、驱动系统：动力源与传动方式

驱动系统为机械提供动力，液压、气压、电气和机械式是四种传动方式。液压驱动早期常见，但存在泄漏、噪声等问题。气压驱动速度快、简单、维修方便，电力驱动成为主流，采用多种控制方式，步进电机、伺服电机广泛应用。直线电机在并联机器人中得到广泛应用，满足直线驱动需求。

3、感知系统：信息转变与智能化

感知系统将机器人状态和环境信息转化为可理解、应用的数据。视觉感知技术在工业机器人中占有重要地位，广泛应用于质量检测、识别工件、食品分拣和包装等领域。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。

4、机器人-环境交互系统：相互联系与协调

机器人-环境交互系统实现机器人与外部设备的联系和协调。可集成为加工制造单元、焊接单元、装配单元等功能单元，也可多机器人集成执行复杂任务。

5、人机交互系统：联系与控制

人机交互系统是人与机器人联系和参与控制的装置，包括计算机终端、指令控制台、信息显示板等。这些设备使人能够更直接地与机器人互动，参与其控制和监控。

6、控制系统：从指令到运动

控制系统根据机器人指令和传感器反馈，支配执行机构完成规定的运动和功能。开环和闭环控制根据信息反馈特征划分，程序控制、适应性控制和人工智能控制则根据控制原理划分。点位控制和连续轨迹控制则以控制运动形式为区分标准。

这就是工业机器人的基本解析，三大部分六子系统相互配合，构成了现代工业中不可或缺的高效生产力。

工业机器人崛起：革新生产新标杆

相较于传统工业设备，工业机器人凭借其易用性、高智能化水平、卓越生产效率和安全性等优势，成为高危环境下生产作业的不二之选。

1、易用性广泛覆盖

工业机器人在我国制造业广泛应用，不仅在汽车、航天飞机、军用装备、高铁等成熟领域有着深入参与，甚至延伸至食品、医疗等新兴领域。迅猛发展的机器人技术拉近了与传统工业设备的价格差距，同时产品个性化程度的提高使得在工艺复杂的制造过程中，工业机器人可替代传统设备，极大提升经济效率。数据统计显示，2016年至2017年，全球工业机器人销量从29.4万台增至34.6万台，彰显了其广泛应用范围。

2、智能化引领未来

随着计算机控制技术的飞速进步，工业机器人逐渐具备理解人类语言的能力，并能完成产品组装等繁琐操作，减轻了工人的操作负担。在焊接机器人系统中，实现了空间焊缝的自动实时跟踪，同时在线调整焊接参数和实时控制焊缝质量，满足技术产品复杂焊接工艺的迫切需求。在极端环境下，如太空、深水和核环境，工业机器人凭借智能化水平顺利完成任务。

3、生产效率与安全性齐飞

机械手，仿照人类手型而生产的机械装置，其生产一件产品的时间和生产周期内的产量都是固定的，稳定高效。引入工业机器人生产不仅提高了产品的成品率，也更符合企业的利益。此外，工业机器人在工厂生产中解决了许多安全生产方面的问题，避免了因个人原因导致的工作隐患，如不熟悉工作流程、工作疏忽、疲劳工作等。

4、管理轻松，经济效益显著

企业通过对工业机器人的简单管理，清晰了解每天的生产量，根据产能接收订单，避免了盲目生产和浪费。工业机器人24小时循环工作，实现生产线的最大产量，无需支付加班工时费用。工业机器人的应用还能避免员工长期高强度工作引发的疲劳和生病，减少误工情况。企业只需留下少数员工操作维护工业机器人，经济效益显著。

机器人时代：人机协作与智能化浪潮

1、人机协作迎来新时代

随着科技的不断推进，机器人不再只是在保持距离的作业中发挥作用，而是向与人自然交互并协同作业方向迈进。拖动示教和人工教学技术的成熟，让编程变得更为简单易用，降低了对操作人员专业要求，熟练技工的工艺经验得以更轻松传递。

2、机器人迎来自主化时代

当前，机器人正从被操纵的预编程、示教再现控制、直接控制和遥操作等作业模式中转向自主学习和自主作业的方向发展。智能化机器人可以根据工况或环境需求，自动设定和优化轨迹路径，自动避开奇异点，并进行干涉与碰撞的预判与避障。这一新时代的机器人拥有更高的灵活性和智能性。

3、智能化、信息化、网络化助力机器人飞速发展

随着3D视觉、力传感器等技术在机器人上的广泛应用，机器人正迅速实现智能化。传感与识别系统、人工智能等技术的不断进步，使机器人从被单向控制向自我存储、自我应用数据的方向发展，逐渐实现信息化。多机器人协同、控制、通信等技术的进步，也使得机器人从独立个体向相互联网、协同合作的方向迈进。

4、中国机器人产业蓬勃发展

截至2022年9月6日，工信部装备工业一司副司长郭守刚宣布，中国机器人产业规模呈现快速增长趋势。仅在2021年，机器人全行业营业收入就超过1300亿元，其中工业机器人产量更是达到了36.6万台，较2015年增长了10倍，稳居全球第一大工业机器人市场。这一巨大的产业规模表明中国在机器人领域已经取得了引人注目的成就。

结束语

机器人在制造业中的崭新时代已然到来，其蓬勃发展不仅彰显了科技的飞速进步，也为各行各业带来了巨大的生产力提升。从单调机械到智慧助手，工业机器人的演进历程记录着人类工业制造的壮丽篇章。随着人机协作的新时代和机器人的自主化发展，我们正迎来一个智能化、信息化、网络化的机器人时代。在这个新时代中，中国机器人产业正崭露头角，以其快速增长的规模和领先的技术水平，为全球机器人领域注入了新的活力。无疑，工业机器人已经成为革新生产的新标杆，引领着未来制造业的巨大变革。