自1959年Devol和Engelberger開發(fā)的第一個模型--當(dāng)時重達(dá)兩噸多的解決方案，具有開拓性，但與最近的版本相比，速度慢、笨重且不準(zhǔn)確--工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)歷了顯著的發(fā)展，其領(lǐng)域也在迅速發(fā)展。

技術(shù)發(fā)展背后的驅(qū)動力是汽車行業(yè)，鑒于其流程的可重復(fù)性以及對質(zhì)量和穩(wěn)定的生產(chǎn)量不斷增加的需求，汽車行業(yè)對機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)中的普及起到了重要作用。今天，工業(yè)機(jī)器人是許多生產(chǎn)活動的一個組成部分，以至于它們被認(rèn)為在不止一種應(yīng)用中是不可或缺的。

工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展導(dǎo)致了不同的類型和應(yīng)用：不是所有的工業(yè)機(jī)器人都是一樣的。雖然與其他類型的自動化相比，它們非常靈活，但每種類型都更適合于特定的任務(wù)，而不是其他。

那么，我們?nèi)绾芜x擇最合適的、符合我們需求的？在對全球機(jī)器人市場進(jìn)行快速概述之后，我們將看到工業(yè)機(jī)器人是如何定義的，如何對其進(jìn)行分類，以及它們能夠做什么。

主題索引

（1）全球有350萬臺工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行

（2）什么是工業(yè)機(jī)器人

（3）工業(yè)機(jī)器人：機(jī)器還是準(zhǔn)機(jī)器？

（4）工業(yè)機(jī)器人有什么用？

（5）工業(yè)機(jī)器人的不同類型

（5.1）笛卡爾機(jī)器人

（5.2）關(guān)節(jié)機(jī)器人

（5.3）人形機(jī)器人

（5.4）揀選機(jī)器人機(jī)器人（Delta）

（5.5）協(xié)作機(jī)器人，最新的市場趨勢

（5.56）全球有350萬臺工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行

世界范圍內(nèi)機(jī)器人技術(shù)的增長是不可阻擋的。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）在其報告《2022年機(jī)器人技術(shù)》中報告的數(shù)據(jù)，機(jī)器人年安裝量在六年內(nèi)幾乎翻了一番，一年內(nèi)新安裝的機(jī)器人超過50萬臺（517,385），同比增長率為31%。2021年，全球工廠中運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量超過350萬。

意大利仍然是世界第六大市場，歐洲第二大市場，僅次于德國，2021年有14,083輛，是該國歷史上最成功的一年，增長了65%。

（2）什么是工業(yè)機(jī)器人

在最一般的定義中，工業(yè)機(jī)器人是一種鉸接結(jié)構(gòu)的形式，有各種配置。如果我們想更好地說明 "工業(yè)機(jī)器人 "的含義，我們可以使用ISO TR/8373-2.3中給出的定義--在許多其他定義中，最普遍接受的定義--根據(jù)該定義，它是 "具有多個自由度、自動控制、可重復(fù)編程、多用途的操縱器，可以固定在原地或移動，用于工業(yè)自動化應(yīng)用。

這些結(jié)構(gòu)是通過連接一系列的旋轉(zhuǎn)和/或線性運(yùn)動學(xué)或關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。每個關(guān)節(jié)都提供一種運(yùn)動，共同使機(jī)器人結(jié)構(gòu)或機(jī)器人手臂被定位在一個特定的位置。

為了將安裝在機(jī)器人末端的工具定位在空間的任何一點(diǎn)和任何角度，需要六個關(guān)節(jié)或六個自由度，通常稱為六軸。

工作區(qū)域是機(jī)器人操作的體積，由機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)、每個手臂元件的長度以及每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動類型和運(yùn)動范圍來定義。

因此，在工業(yè)方面，這些是多功能工具，基于配備有傳感器和軟件的機(jī)械系統(tǒng)的相互連接，其設(shè)計考慮到了特定的目的，可以進(jìn)行潛在的無限范圍的操作，包括固定的和移動的，比人類操作更精確和快速。

（3）工業(yè)機(jī)器人：機(jī)器還是準(zhǔn)機(jī)器？

在通常的想象中，機(jī)器人被認(rèn)定為是代替人類執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器。它也可以被定義為一個同時具有軟件組件的硬件機(jī)器。但為了理解 "機(jī)器 "一詞是否被誤用在機(jī)器人身上，首先有必要澄清什么是 "機(jī)器"，什么被認(rèn)為是 "準(zhǔn)機(jī)器"。

簡而言之，機(jī)械指令2006/42/EC對 "機(jī)械 "一詞的定義是：零件和/或部件的組合，其中至少有一個是可移動的，配備了除人或動物直接努力以外的驅(qū)動系統(tǒng)，即有自己的動力，能夠獨(dú)立操作，例如在舉重和運(yùn)輸材料時，符合機(jī)械指令附件1的安全要求，并帶有CE標(biāo)志。

另一方面，同一指令將 "部分完成的機(jī)械 "定義為零件和/或組件的組裝，其本身不能執(zhí)行任何特定的功能，為了執(zhí)行這些功能，必須與其他機(jī)械或部分完成的機(jī)械結(jié)合或組裝。

因此，是否需要與其他機(jī)器或部分完成的機(jī)器進(jìn)行組裝以實(shí)現(xiàn)其功能，是決定一臺機(jī)器是否能獨(dú)立運(yùn)作的判別因素。

回到工業(yè)機(jī)器人，作為機(jī)器或準(zhǔn)機(jī)器的分類取決于機(jī)器人的含義，最重要的是，它執(zhí)行什么功能。

事實(shí)上，如果機(jī)械手或機(jī)器人能夠獨(dú)立完成規(guī)定的功能--例如，在制造汽車的裝配線上進(jìn)行焊接操作--并且其安裝被簡化為將其固定在最終位置的操作，那么它必須被視為所有意圖和目的的 "機(jī)器"，因為它符合指令的所有要求，包括符合性聲明、CE標(biāo)志、使用手冊和技術(shù)文件。

相反，如果機(jī)械手或機(jī)器人能夠 "在交付條件下發(fā)揮作用"，但孤立地看不能有一個確定的功能，如機(jī)械手機(jī)器人的手臂在空間的運(yùn)動，因此打算與其他機(jī)械 "整合"，它必須被視為機(jī)械指令2006/42/EC第2（1）（g）條意義上的 "部分完成機(jī)械"。在這種情況下，機(jī)械手或機(jī)器人必須附有指令附件二B點(diǎn)規(guī)定的聲明，該聲明必須由制造商提供，即組裝由機(jī)器人和集成機(jī)器組成的復(fù)雜組件的人。

因此，盡管機(jī)器和部分完成的機(jī)器受制于相同的指令和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但制造商需要履行的一些義務(wù)會根據(jù)它們是一種還是另一種而改變。

事實(shí)上，對于機(jī)械來說，必須執(zhí)行CE標(biāo)志認(rèn)證程序，而對于部分完成的機(jī)械來說，必須分析相關(guān)的和適用的基本安全要求，并且必須提供不同的和具體的文件。

（4）工業(yè)機(jī)器人有什么用？

美國機(jī)器人研究所將機(jī)器人定義為“一種多功能、可重新編程的機(jī)械結(jié)構(gòu)，旨在以編程的可變運(yùn)動方式移動材料、零件、工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備，以執(zhí)行各種不同的任務(wù)。”在許多方面，該定義與上一段中提到的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的定義很接近，但它使我們能夠了解在大多數(shù)情況下，機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計用途以及它是什么用于...

基本上，機(jī)器人能夠保證更高的節(jié)奏和對產(chǎn)品質(zhì)量的更多關(guān)注，舉起更重的重量并以極高的可重復(fù)性移動物體，與人類同行執(zhí)行的性能較低的活動相比，機(jī)器人可以確保更高的產(chǎn)量和更連貫的流程。

以此為基礎(chǔ)，機(jī)器人可以插入到剛性和柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，前者的特點(diǎn)是一系列相同且重復(fù)的操作，其目的是優(yōu)化生產(chǎn)率和過程可重復(fù)性，而后者則具有高度可變性和定制性，以響應(yīng)不斷變化的市場需求。

（5）不同類型的工業(yè)機(jī)器人

由于工業(yè)機(jī)器人可以執(zhí)行的功能很多，因此首先根據(jù)主要類型對其進(jìn)行區(qū)分和分類是有用的。

有兩個基本類別允許第一個細(xì)分：運(yùn)動學(xué)，即它們能夠執(zhí)行和確保的運(yùn)動和自由度（DoF，自由度），以及軸的數(shù)量。更準(zhǔn)確地說，運(yùn)動學(xué)是指存在于各種軸之間的機(jī)械鏈接鏈以及軸的類型，旋轉(zhuǎn)或線性。

（5.4）揀選機(jī)器人機(jī)器人（Delta）

笛卡爾機(jī)器人（ICS = IntegratedCombination System）的特點(diǎn)是運(yùn)動學(xué)最簡單，因為它們由機(jī)器人移動的線性軸和旋轉(zhuǎn)軸的組合組成；每個都對應(yīng)一個自由度。它們也被稱為線性機(jī)器人、龍門機(jī)器人或 XYZ 機(jī)器人，因為它們通常在參考笛卡爾坐標(biāo)系（X、Y 和 Z）的 3 個軸上直線移動，可以添加手腕以允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

如果說軸數(shù)，這類機(jī)器人的特點(diǎn)一般是2軸、3軸或者最多4軸，但直角坐標(biāo)機(jī)器人的軸數(shù)可能更高。

它們首先是為搬運(yùn)和加工應(yīng)用而設(shè)計和開發(fā)的，并且非常受歡迎，因為它們提供了非常容易的編程和配置靈活性，以及調(diào)整速度的能力，工作空間內(nèi)的精度，行程長度和機(jī)器人的尺寸，由于它們的模塊化。

就應(yīng)用而言，它們用于需要精確定位的裝配操作、機(jī)加工件的裝載和卸載以及工具更換（機(jī)床管理）和取放。

憑借 X、Y 軸上的大行程能力和沿 Z 軸的垂直偏移，笛卡爾機(jī)器人還可以有利地用于在現(xiàn)有生產(chǎn)線上搬運(yùn)或碼垛物體，或用于運(yùn)輸升高的負(fù)載，因此的典型應(yīng)用-稱為擬人化機(jī)器人。

這是因為，在重量相同的情況下，產(chǎn)生的力矩更少，笛卡爾機(jī)器人設(shè)法將負(fù)載保持在 Z 軸下方的中心；因此，就擬人機(jī)器人的關(guān)節(jié)而言，保證了更高的穩(wěn)定性和更高的動態(tài)性以達(dá)到空間中的相同點(diǎn)。

直角坐標(biāo)機(jī)器人市場主要涉及汽車、電子電氣、化工石化、食品飲料等行業(yè)。

根據(jù) Research & Markets，笛卡爾機(jī)器人的頂級供應(yīng)商包括 ABB、博世力士樂、Brooks Automation、Denso、Gudel Group、Hirata、Iai America、Koganei、Midea Group、Nidec、Omron、Parker Hannifin、Samick Thk、Seiko Epson、Sepro Robotique、 Ston Robot、Tm Robotics、Yamaha Motor、Yaskawa Electric、Shibaura Machine、Mks、Kuka、Fanuc、Comau 和 Yushin Precision Equipment。

關(guān)節(jié)機(jī)器人

SCARA機(jī)器人——選擇性順應(yīng)裝配機(jī)器人手臂或選擇性順應(yīng)鉸接機(jī)器人手臂的首字母縮寫詞——由4 個軸 (4 DoF)制成并沿固定的垂直軸移動，在同一平面上執(zhí)行旋轉(zhuǎn)。

它們允許將對象定位在添加了旋轉(zhuǎn)的 X、Y、Z 體積中。實(shí)際上，2 個鉸接臂在水平面上移動，一端鉸接固定的垂直軸，而另一自由端有一個 Z 軸，允許相對于該軸垂直移動和旋轉(zhuǎn)。由于垂直運(yùn)動沿單個軸發(fā)生，因此結(jié)構(gòu)更簡單，因此比鉸接模型更可靠且成本更低。也有僅由 3 個 X、Y、Z 軸制成的 SCARA。

與笛卡爾機(jī)器人相比，它們是速度非?？烨矣猛緩V泛的機(jī)器人，后者在橫向運(yùn)動方面表現(xiàn)出色，并用于垂直裝配，不需要處理工件的定位技能，也可用于拾取和放置以及雕刻。

根據(jù)Markets and Markets的數(shù)據(jù)，根據(jù) SCARA，市場上最重要的公司是精工愛普生、雅馬哈汽車、安川電機(jī)、電裝、史陶比爾、三菱電機(jī)、川崎重工、ABB、東芝機(jī)械、柯馬、Nachi-Fujikoshi、Kuka、 Fanuc、Omron Adept、Durr、Hiwin Technologies、Janome、Hirata、Delta Electronics、Fisnar、Gridbots、Japan Unix 和 Innovative Robotics，而 Adtech 和 Googoltech 是該領(lǐng)域的新興公司。

類人機(jī)器人

類人化或鉸接式機(jī)器人之所以被稱為是因為它們是模仿人類手臂和手的運(yùn)動能力而制造的。它們具有非常靈活的結(jié)構(gòu)，因為它們由一系列關(guān)節(jié)組成，關(guān)節(jié)數(shù)量從 4 個到 7 個不等，每個關(guān)節(jié)對應(yīng)一個自由度 (DoF)，并且允許機(jī)器人到達(dá)其范圍內(nèi)的任何位置和方向工作量。

它們通常具有6 個軸的特征，即 6 自由度，因此它們可以沿 X、Y 和 Z 軸執(zhí)行復(fù)雜且高度可變的運(yùn)動。通過添加一個額外的軸，可以是線性的或旋轉(zhuǎn)的，具有運(yùn)動學(xué)冗余的機(jī)器人是獲得，即 7 DoF 工業(yè)機(jī)械手，其軸數(shù)超過給定任務(wù)所需的軸數(shù)。一種消除機(jī)器人奇點(diǎn)并賦予系統(tǒng)更大剛度和更好負(fù)載分布的配置。

這些機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，用于零件的組裝、裝配和焊接、物料搬運(yùn)、機(jī)器裝卸和包裝。

根據(jù)Markets 和 Markets，在市場上運(yùn)營的主要參與者是 Abb、Fanuc、Kuka、Yaskawa Electric、Kawasaki Heavy Industries、Omron Adept Technology、Nachi-Fujikoshi、American Robot Corporation、Seiko Epson、Denso 和 Aurotek Corporation。

協(xié)作機(jī)器人（cobots）的子類別也屬于擬人機(jī)器人的范疇，即使運(yùn)動學(xué)順序不同于經(jīng)典和傳統(tǒng)的6軸擬人機(jī)器人，以及所謂的碼垛機(jī)器人，用于末端在線應(yīng)用程序。通常這些機(jī)器人有 4 或 5 個軸（X、Y、Z + 1/2 旋轉(zhuǎn)）并且機(jī)器人法蘭與地板平行。

揀選機(jī)器人

Picker 或 Delta 機(jī)器人（或蜘蛛機(jī)器人）也稱為并聯(lián)機(jī)器人，因為它們具有并聯(lián)運(yùn)動學(xué)結(jié)構(gòu)，因此它們能夠執(zhí)行比 6 DoF 機(jī)械手更復(fù)雜的自動化應(yīng)用。它們由三個手臂組成，這些手臂通過關(guān)節(jié)連接到工作區(qū)域上方的單個底座，在該底座內(nèi)，相同的手臂快速準(zhǔn)確地移動單個工具，直接控制其每個關(guān)節(jié)。

它們通常用于食品、制藥和電子行業(yè)的取放和包裝應(yīng)用。Delta 機(jī)器人可以有 3、4 或 6 個軸。

根據(jù)Transparency Market Research，該市場最具代表性的制造商有 Fanuc、Yaskawa Electric、ABB、Nachi-Fujikoshi、Denso、Mitsubishi Robotics、Epson Robots、St?ubli、B+M Surface Systems GmbH、Omron Adept Technologies、Kuka、Kawasaki , Comau Robotics, Universal Robots, Wittmann Battenfeld Group, Siasun Robot and Automation, Rethink Robotics, Delta Electronics, Hiwin Technologies, Seiko Epson, Midea Group, igus GmbH, ONExia, Panasonic, Robert Bosch GmbH 和 Schunk。

協(xié)作機(jī)器人，市場最新趨勢

協(xié)作機(jī)器人，更廣為人知的名稱是cobots（協(xié)作機(jī)器人），構(gòu)成了機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的頂峰。它們是為滿足與人類安全共享工作空間的需要而誕生的機(jī)器人，具有高度靈活性的特點(diǎn)。通常比擬人化更容易編程，它們共享 6 個或更多的自由度，類似于人臂的關(guān)節(jié)形狀，并且可以將各種工具集成在手腕上，以實(shí)現(xiàn)最多樣化操作的自動化，它們的特點(diǎn)是通過流線型、絕對輕巧和緊湊的運(yùn)動學(xué)，使他們能夠在開放空間中工作并與周圍的環(huán)境互動。

第一個協(xié)作機(jī)器人模型由 Universal Robots 于 2008 年開發(fā)。

協(xié)作機(jī)器人是一個不斷增長的市場。根據(jù) ReportLinker 的全球協(xié)作機(jī)器人市場規(guī)模、份額和行業(yè)趨勢分析研究數(shù)據(jù)，到2028 年，全球協(xié)作機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到 108 億美元，年增長率為 40.1%。

根據(jù)Grandview 研究，我們發(fā)現(xiàn)全球協(xié)作機(jī)器人市場的領(lǐng)先企業(yè)包括 ABB、Denso Robotics、Epson Robots、Energid Technologies、F&P Robotics、Fanuc、Kuka、Mrk-Systeme Gmbh、Precise Automation、Rethink Robotics、Robert Bosch、 Universal Robots、Yaskawa Electric、Mabi Robotic、Techman Robot、Franks Emika、Aubo Robotics、Comau 和 Onrobot。

移動機(jī)器人：AGV和AMR

到目前為止我們談到的機(jī)器人都屬于固定或靜止機(jī)械手的類型。除了它們，在一般分類中，我們還可以考慮移動的，即能夠在軌道或輪子上自由移動。

在第一種情況下，最常見的例子是AGV（自動導(dǎo)引車），自動導(dǎo)引車，主要用于物流領(lǐng)域，用于將物品從倉庫運(yùn)輸和處理到生產(chǎn)線或通過無線通信直接在生產(chǎn)線上裝載托盤。

為了移動，他們遵循放置在人行道上的“標(biāo)記”、指南或“彩色帶”，或使用激光和遮陽板（激光制導(dǎo)車輛）。根據(jù)所使用的技術(shù)，它們可以具有或多或少的高度自動化。

自主移動機(jī)器人（AMR 或自主移動機(jī)器人）比AGV 更新和先進(jìn)，能夠在沒有人工干預(yù)的情況下移動和導(dǎo)航。與 AGV 不同，AGV 必須遵循固定路徑并且如果路徑中存在障礙物則被迫停止，而 AMR 借助傳感器和軟件能夠繞過它們，并通過識別周圍環(huán)境來遵循預(yù)定的路線。

新一代移動機(jī)器人的代表是步行機(jī)器人，它們配備有腿和腳，即使在困難的地形和表面上也可以移動，模仿人類或動物的行走。步行機(jī)器人是一個非常當(dāng)前且仍在實(shí)驗的研究領(lǐng)域，尤其是在微觀尺度上，正在研究微型機(jī)器人用于修理或組裝工業(yè)中的小型結(jié)構(gòu)或機(jī)器，以及作為醫(yī)療領(lǐng)域的手術(shù)助手，受雇于微創(chuàng)和創(chuàng)新程序。