工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱,工業機器人是一種通過編程或示教實現自動運行,具有多關節或多自由度,并且具有一定感知功能,如視覺、力覺、位移檢測等,從而實現對環境和工作對象自主判斷和決策,能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環境下體力勞動的自動化機器。
工業機器人的構成
工業機器人主要由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。
主體 - 即機座和執行機構,包括臂部、腕部和手部,有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3-6個運動自由度,其中腕部通常有1-3個運動自由度;
驅動系統 - 包括動力裝置和傳動機構,核心為減速器以及伺服電機,用以使執行機構產生相應的動作;
控制系統 - 是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號,并進行控制。

工業機器人本體

工業機器人主機柜
工業機器人的分類
關于工業機器人的分類,國際上沒有指定統一的標準,可按負載重量、控制方式、自由度、結構、應用領域等劃分。
按照結構形態分類如下:

按照應用分類如下:
工業機器人的產業鏈
工業機器人行業按產業鏈分為上游、中游、下游和行業應用。
上游為減速器、伺服系統、控制系統等關鍵零部件生產;中游為工業機器人本體生產;下游是基于終端行業特定需求的工業機器人系統集成,主要用于實現焊接、裝配、檢測、搬運、噴涂等工藝或功能;行業應用主要是汽車、電子等對自動化、智能化需求高的終端行業對工業機器人的應用。

從地區來看,歐洲、日本牢牢占據著工業機器人天下,日本、德國的工業機器人水平世界領先,這主要因為他們具備先發優勢和技術沉淀。日本在工業機器人關鍵零部件(減速機、伺服電機等)的研發方面具備較強的技術壁壘。德國工業機器人在原材料、本體零部件和系統集成方面有一定優勢。
從企業來看,ABB、發那科(FANUC)、庫卡(KUKA)和安川電機(YASKAWA)這四家企業是工業機器人的四大家族,成為世界主要的工業機器人供貨商,占據世界約50%的市場份額。
工業機器人的工作原理
機器人的工作原理是一個比較復雜的問題。簡單地說,機器人的原理就是模仿人的各種肢體動作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度,機器人可以通過如下四種方式來達到這一目標。
“示教再現”方式:它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機械手如何動作,控制器將示教過程記憶下來,然后機器人就按照記憶周而復始地重復示教動作,如噴涂機器人。
“可編程控制”方式:工作人員事先根據機器人的工作任務和運動軌跡編制控制程序,然后將控制程序輸入給機器人的控制器,起動控制程序,機器人就按照程序所規定的動作一步一步地去完成,如果任務變更,只要修改或重新編寫控制程序,非常靈活方便。大多數工業機器人都是按照前兩種方式工作的。
“遙控”方式:由人用有線或無線遙控器控制機器人在人難以到達或危險的場所完成某項任務。如防暴排險機器人、軍用機器人、在有核輻射和化學污染環境工作的機器人等。
“自主控制”方式:是機器人控制中最高級、最復雜的控制方式,它要求機器人在復雜的非結構化環境中具有識別環境和自主決策能力,也就是要具有人的某些智能行為。
以六軸垂直多關節機器人為例(如下圖),通過機器人控制器及其控制系統,可實現S軸回旋,L軸下臂傾動,U軸上臂傾動,R軸手臂橫擺,B軸手腕俯仰以及T軸的手腕回旋,實現六個軸的動作操作與配合。
如采用集中式控制系統,其控制原理將如下圖所示:

而如果采用分布式控制系統,其控制原理又將如下圖所示:

作為工業流水線上的“寵兒”,工業機器人自上世紀末投入應用以來,受到了全球絕大部分國家的歡迎,在一家現代的工廠中,工業機器人的身影幾乎隨處可見。
據了解,中國已連續8年成為全球最大的工業機器人消費國,2020年制造業機器人密度達到246臺/萬人,是全球平均水平的近2倍。當前新一輪科技革命和產業變革加速演進,新一代信息技術與機器人技術深度融合,機器人產業已迎來升級換代、跨越發展的窗口期。
隨著機器人市場發展的速度和企業出現的速度,專業人才儲備和人才培養已經刻不容緩。心力量智能科技以技術為本,聚焦高端人才培養,目前已聯合多所高職本科院校建設實驗培訓基地,開設工業機器人專業教育課程,通過產教研的融合發展,資產助教,幫扶就業,建立起持續、穩定的人才培養和供給機制。
