從廣義上來說，除了表演機器人外，其余的都可叫做工業(yè)機器人。目前，工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下三個方面。

1.自動化工業(yè)領(lǐng)域。

早期工業(yè)機器人在生產(chǎn)上主要用于：機床上下料、點焊和噴漆。隨著柔性自動化的出現(xiàn)，機器人扮演了更重要的角色，現(xiàn)舉例如下。

（1）焊接機器人。焊接工藝是工業(yè)機器人應(yīng)用的重要領(lǐng)域，它使人從灼熱的、不舒服的、有時是危險的工作 環(huán)境中解脫出來。在焊接工藝中，機器人主要用于點焊和弧焊作業(yè)。點焊機器人能保證復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)件上焊接點位置和數(shù)量的正確性，而人工作業(yè)往往在諸多的焊點 中會遺漏?；『笝C器人需要六個自由度，三個自由度用來控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡，另三個自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態(tài)關(guān)系，這樣才能保證良好的焊縫質(zhì)量。

汽車制造廠已廣泛應(yīng)用焊接機器人進行承重大梁和車身結(jié)構(gòu)的焊接。裝配每臺汽車車一般大約需要完成3000~4000個焊點，其中60%是由點點焊機器人完成的。圖11.13所示為某公司點焊機器人要完成汽車駕駛室焊點分布圖，圖中數(shù)字為各區(qū)的焊點數(shù)。

　　

圖11.13汽車駕駛室焊點分布圖

點焊的機器人通常采用液壓驅(qū)動的機器人，因為要拿起質(zhì)量70kg的焊槍，一般的電動機驅(qū)動機器人承受不了。點焊機器人是屬于點位控制，點與點之間的移動軌跡和移動的速度是不重要，點焊所要求的位置精度在1mm左右，一般的機器人都能滿足這個精度要求。圖11.14為德國產(chǎn)IR6621/100型點焊機器人總圖，它是一種用于地面安裝的工業(yè)機器人。

圖11.14 IR6621/100型點焊機器人

1-手臂及手腕；2-臂架；3-橡皮緩沖器；4-肘形節(jié)桿；5-回轉(zhuǎn)臺；6-基座；7-連接電纜；8-轉(zhuǎn)臺緩沖器；

9-第一軸（轉(zhuǎn)臺）電動機；10-平衡氣缸；11-第二軸（臂架）電動機；12-第三軸螺桿；驅(qū)動臂架；14-電動機組；15-控制柜。

弧焊是連續(xù)軌跡操作，機器人必須按預(yù)先規(guī)定的路線和要求的移動速度進行作業(yè)，焊接軌跡的精度取決于焊接項目的類型和尺寸?；『笝C器人的應(yīng)用范圍很廣，除汽車行業(yè)外，在通用機械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中都有應(yīng)用。圖11.15為弧焊機器人示意圖，其結(jié)構(gòu)形式為空間多關(guān)節(jié)型，自由度數(shù)為6，采用直流伺服電動機驅(qū)動。雙工位回轉(zhuǎn)工作臺，可手動操作回轉(zhuǎn)180⁰。中間加隔板，工人在一邊上、下料，另一邊由機器人施焊。氣動定位鎖緊?；剞D(zhuǎn)夾具出現(xiàn)誤動作時，機器人不動作，以保安全。

（2）材料搬運機器人。材料搬運機器人可用來上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個簡單抓放作業(yè)機器人只需較少的自由度；一個給零件定向作業(yè)的機器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。

圖11.15弧焊機器人示意圖

搬運機器人應(yīng)用實例，圖11.16是一個耐火磚自動壓制系統(tǒng)，它由壓機、搬運機器人和燒成車組成。制造耐火轉(zhuǎn)時，把和好的耐火材料送入壓機，經(jīng)過模壓后，使耐火材料成為磚的形狀，搬運機器人從壓機中把磚夾出來，在燒成車上堆垛，然后把燒成車同磚送入爐中燒烤。搬運機器人的主要作業(yè)是從壓機中取出磚塊，按堆垛要求，把磚塊推放在燒成車上。機器人與壓機、燒成車按一定順序作業(yè)，并保持一定的互鎖關(guān)系。

圖11.16耐火磚自動壓制系統(tǒng)

（3）檢測機器人。零件制造過程中的檢測以及成品檢測都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題。它主要有兩個工作內(nèi)容：確認零件尺寸是否在允許的公差內(nèi)；零件質(zhì)量控制上的分類。

（4）裝配機器人。裝配是一個比較復(fù)雜的作業(yè)過程，不僅要檢測裝配作業(yè)過程中的誤差，而且要試圖糾正這種誤差。因此，裝配機器人應(yīng)用了許多傳感器，如接觸傳感器、視覺傳感器、接近覺傳感器、聽覺傳感器等。聽覺傳感器用來判斷壓入件或滑入件是否到位。圖11.17所示是用機器人裝配計算機硬盤。用兩臺SCARA型裝配機器人裝配計算機硬盤的系統(tǒng)，它具有一條傳送線、兩個裝配工件供應(yīng)單元（一個單元供應(yīng)A～E五種部件；另一個單元供應(yīng)螺釘）。傳送線上的傳送平臺是裝配作業(yè)的基臺。一臺機器人負責(zé)把A～E五個部件按裝配位置互相裝好，另一臺機器人配有擰螺釘手爪，專管把螺釘按一定力矩要求安裝到工件上。全部系統(tǒng)是在超凈間安裝工作的。

圖11.17機器人裝配計算機硬盤

1—螺釘供給單元；2—裝配機器人；3—傳送輥道；4—控制器；5—定位器；6—隨行夾具；7—擰螺釘器

（5）噴漆和噴涂。噴涂作業(yè)機器人的應(yīng)用范圍越來越廣泛，除了在汽車、家用電器和儀表殼體的噴涂作業(yè)中 大量采用機器人工作外，還在涂膠、鑄型涂料、耐火飾面材料、陶瓷制品釉料、粉狀涂料等作業(yè)中開展應(yīng)用，并在高層建筑墻壁的噴涂、船舶保護層的涂覆和焦煉內(nèi) 水泥噴射等作業(yè)開展了應(yīng)用研究工作，而機器人應(yīng)用在噴涂作業(yè)的自動化程度越來越高，以汽車為例，已由車體外表面多機自動自動噴涂，發(fā)展到多機內(nèi)表面的成線自動噴涂。噴漆和噴涂機器人一般在三維表面作業(yè)至少要五個自由度。由于可燃環(huán)境的存在，驅(qū)動裝置必須防燃防爆。在大件上作業(yè)時，往往把機器人裝在一個導(dǎo)軌上，以便行走。

圖11.18是第二汽車制造廠東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機器人系統(tǒng)噴涂線。它由4臺PJ-1B、2臺PJ-1A噴漆機器人、2臺PM-111頂噴機、一臺工件識別裝置、一臺同步器、多臺起動裝置和總控制臺等組成，并具有聯(lián)鎖保護、故障報警和自動記錄噴涂工件數(shù)量等裝置。由一臺工業(yè)PC（微型計算機）為主構(gòu)成的總控臺，通過通信系統(tǒng)，對6臺機器人、2臺頂噴機及相關(guān)終端進行群控，實現(xiàn)面漆噴涂自動作業(yè)。此噴涂線已應(yīng)用數(shù)年，獲得明顯的經(jīng)濟效益。

圖11.18東風(fēng)汽車系列駕駛室多品種混流機器人系統(tǒng)噴涂線

（6）其他諸如密封和粘接、清砂和拋光、熔模鑄造和壓鑄、鍛造等等也有廣泛的應(yīng)用。

2.惡劣工作環(huán)境，危險工作場合

這個領(lǐng)域的作業(yè)是一種有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)，用工業(yè)機器人去干是最適宜的。比如，圖11.19所示的核電站蒸汽發(fā)生器檢測機器人，可在有核污染的并危及生命的環(huán)境下替人進行作業(yè)。成折疊收縮狀態(tài)的機器人沿入孔４的軸線方向進入，利用壓緊器１６頂緊，在計算機的控制下各臂依次張開，使前端攝像機１４到達預(yù)定的觀察點。又如爬壁機器人特別適合超高層建筑外墻的噴涂、檢查、修理工作。再如機器人在沖床上下料、采礦、噴漆、鍛造及水下作業(yè)等場合的應(yīng)用，使人受到很好的勞動保護。

圖11.19蒸汽發(fā)生器檢測機器人

１—管板； ２—隔板； ３—球面； ４—入孔； ５—主管道；６—循環(huán)管； ７—水室； ８—機座；

９—支承臂；１０—平臺； １１—連接臂； １２—中間臂； １３—上臂；１４—攝像機； １５—手輪； １６—壓緊器

3.特殊作業(yè)場合

這個領(lǐng)域?qū)θ藖碚f是力所不能及的，只有機器人才能去進行作業(yè)，如圖11.20所示的航天飛機上的操作臂飛機上用來回收衛(wèi)星的操作臂。

圖11.20航天飛機上的操作臂

它是由加拿大ＳＰＡＲ航天公司設(shè)計并制造的，該操作臂是世界上最大的關(guān)節(jié)式機器人（操作臂）。該操作臂額定載荷為15000kg，最大 載 荷 為30000kg；末端操作器的最大速度是：空載 時 為0．6ｍ/ｓ，承載150000kg時為0.06m/ｓ，承載30000kg時為0.03ｍ/ｓ；定位精度為±0．05ｍ。然而，這些額定參數(shù)是在外層空間抓放自由飛行體時的參數(shù)。若在地球重力環(huán)境下，即使沒有任何外加載荷，舉起自身總質(zhì)量為450kg的操作臂也將產(chǎn)生很大的變形。

圖11.21所示為在狹小容器內(nèi)（人和一般設(shè)備是無法進入的）進行檢查、維護和修理作業(yè)的具有七個自由度的機器臂。這種機器臂也叫做容器內(nèi)操作裝置，七關(guān)節(jié)機器臂握持工具可繞過180°進行作業(yè)。

圖11.21容器內(nèi)操作機器人

尤其是由微米級電機、減速器、執(zhí)行器等機械裝置及顯微傳感器組裝的微型機器人的出現(xiàn)，更開拓了其特殊作業(yè)的用途。美國波士頓大學(xué)已經(jīng)為一臺微型機器人——“機器螞蟻”申請了專利。“螞蟻”的每條腿是長１ｍｍ或不到１ｍｍ的硅桿，當(dāng)施加電壓時使“螞蟻”具有機動性，它由傳到中央處理器的聲頻信號控制，通過不帶傳動裝置的壓電微電機來驅(qū)動各條腿運動。機器“螞蟻”有很多用途，如在實驗室中收集放射性的塵埃以及從活著的病人體內(nèi)收取患病的血細胞等。有人預(yù)測，微型機器人將被裝入汽車的燃油系統(tǒng)中，用以清理燃油管路和噴油口；微型機器人將被置入人體內(nèi)，以施行諸如修理人體特定細胞，鏟去動脈管內(nèi)的斑塊等顯微手術(shù)。

4.工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢

   工業(yè)機器人技術(shù)是一門涉及機械學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能甚至生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉性科學(xué)，機器人技術(shù)的發(fā)展依賴于這些相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進步。

歸納起來，工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。

（1）機器人的智能化

   智能化是工業(yè)機器人一個重要的發(fā)展方向。目前，機器人的智能化研究可 以分為兩個層次，一是利用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制策略，利用被控對象對模型依賴性不強的特點來解決機器人的復(fù)雜控制問題，或者在此基礎(chǔ)上增加 軌跡或動作規(guī)劃等內(nèi)容，這是智能化的最低層次；二是使機器人具有與人類類似的邏輯推理和問題求解能力，面對非結(jié)構(gòu)性環(huán)境能夠自主尋求解決方案并加以執(zhí)行， 這是更高層次的智能化。使機器人能夠具有復(fù)雜的推理和問題求解能力，以便模擬人的思維方式，目前還很難有所突破。智能技術(shù)領(lǐng)域有很多的研究熱點，如虛擬現(xiàn) 實、智能材料(如形狀記憶合金)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、多傳感器集成和信息融合技術(shù)等。

（2）機器人的多機協(xié)調(diào)化

  由于生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對機器人的多機協(xié)調(diào)作業(yè)要求越來越迫切。在很多大型生產(chǎn)線上，往往要求很多機器人共同完成一個生產(chǎn)過程，因而每個機器人的控制就不單純是自身的控制問題，需要多機協(xié)調(diào)動作。此外，隨著CAD／CAM／CAPP等 技術(shù)的發(fā)展，更多地把設(shè)計、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、零部件儲存和配送等有機地結(jié)合起來，在性制造、計算機集成制造等現(xiàn)代加工制造系統(tǒng)中，機器人已經(jīng)不再是一 個個獨立的作業(yè)機械，而是成為了其中的重要組成部分，這些都要求多個機器人之間、機器人和生產(chǎn)系統(tǒng)之間必須協(xié)調(diào)作業(yè)。多機協(xié)調(diào)也可以認為是智能化的一個分 支。

（3）機器人的標準化

  機器人的標準化工作是一項十分重要而又艱巨的任務(wù)。機器人的標準化有利于制造業(yè)的發(fā)展，但目前不同廠家的機器人之間很難進行通信和零部件的互換。機器人的標準化問題不是技術(shù)層面的問題，而主要是不同企業(yè)之間的認同和利益問題。

（4）機器人的模塊化

智能機器人和高級機器人的結(jié)構(gòu)力求簡單緊湊，其高性能部件甚至全部機構(gòu)的設(shè)計已向模塊化方向發(fā)展。其驅(qū)動采用交流伺服電動機，并向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化方向發(fā)展；其軟件編程也在向模塊化方向發(fā)展。

（5）機器人的微型化

微型機器人是21世紀的尖端技術(shù)之一。目前已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動機器人，預(yù)計將生產(chǎn)出毫米級大小的微型移動機器人和直徑為幾百微米甚至更小(納米級)的醫(yī)療和軍事機器人。微型驅(qū)動器、微型傳感器等是開發(fā)微型機器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，它們將對精密機械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程等產(chǎn)生重要影響。介于大中型機器人和微型機器人之間的小型機器人也是機器人發(fā)展的一個趨勢。

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