工业机器人：主要类型与最常见的应用

2021年10月20日, 10:00

“强制劳动”是捷克语单词“robot”（机器人）的字面含义，该词最早出现于1920年代。然而，直到1960年代，工业机器人才被引入汽车装配车间的生产线。

从科学角度看，工业机器人被定义为“可自动控制、可重新编程、多用途、可沿三个或更多轴编程的操纵器，可以固定安装或移动，用于工业自动化应用”。但在制造业中，我们将工业机器人视为能够以高精度完成生产作业所需的危险或重复性任务的工人。

第一台工业机器人Unimate于1961年加入新泽西州尤因镇通用汽车工厂的装配线。这是一种自动化压铸设备，它将生产线上灼热的门把手和其他汽车零部件放入冷却液槽中，再将其移送给工人进行最后的修整和抛光。

工业机器人的可编程性在很大程度上是一种工具，使其能够用于多种不同任务，但这实际上并未赋予它们智能。它们执行单调和不安全的任务，并因其精度和可重复性而被使用。因此，据国际机器人联合会数据显示，自2010年以来，汽车行业一直是工业机器人最重要的用户。

自工业机器人进入生产环境以来，它们已经彻底改变了各行业的相关工作岗位。事实上，工业机器人市场的增长令人难以置信。据某些预测，到2027年其市值将超过660亿美元，同期年均复合增长率为15.1%。

工业机器人历史上常见的10种应用

电弧焊。 1980年代成为常见做法。转向机器人焊接的驱动因素之一，是提高工人免受电弧灼伤和吸入有害烟气的安全性。
点焊。将两个相互接触的金属表面连接起来，通过焊点通入强电流，使金属熔化并形成焊缝，整个过程仅需极短时间（约10毫秒）。
物料搬运。操纵机器人用于搬运、包装和分拣产品。它们还可以自动完成在不同设备之间转移零件的功能。直接人工成本得以降低，传统上由人力完成的大部分繁重和危险工作也被消除。
机床上下料。机器人自动化用于机床维护，即在设备运行时装载和卸载原材料，并进行监控。
喷涂。机器人喷涂广泛应用于汽车制造及许多其他行业，因为它能提高产品质量和一致性。返工减少也有助于降低成本。
拣选、包装与码垛。大多数产品在最终发货前都要经过多次处理。机器人拣选和包装可以提高速度和精度，并降低生产成本。
装配。机器人定期组装产品，使人们摆脱繁重的工作。机器人提高了生产效率，并降低了运营成本。
机械切割、打磨、去毛刺和抛光。机器人灵活性的提高使得生产中一些原本极难自动化的环节得以实现。例如骨科植入物的制造，如膝关节和髋关节。人工抛光一个髋关节通常需要45至90分钟，而机器人只需几分钟即可完成同样的工作。
粘接、密封与涂胶材料。密封机器人配备多种机械臂构型，使设备能够在任何类型的产品上涂布胶粘剂。该应用的主要优势在于提高最终产品的质量、速度和一致性。
其他工艺。包括用于检测、水射流切割或钎焊的机器人。

工业机器人的五种主要类型

根据国际机器人联合会的说法，工业机器人的类型超过五种，但最常见的类型可以并且应当按照其机械结构进行分类：

笛卡尔机器人——沿三个直线轴运动，采用笛卡尔坐标系（X、Y、Z）。这意味着它们使用三个滑动关节实现上下、前后和左右移动。笛卡尔机器人是使用最广泛的工业机器人，通常用于数控机床或3D打印。
SCARA机器人——具有选择性柔顺性的平面关节型机械臂机器人，拥有两个平行的旋转关节，可在平面内提供柔顺性。SCARA机器人通常用于装配，擅长横向运动。
关节型机器人——拥有2至10个（或更多）关节的机器人，通过旋转关节与基座相连。它们形似人的手臂，通常用于包装、喷涂、金属铸造及其他工业应用。
Delta机器人——形似蜘蛛的机器人，广泛用于食品、制药和电子行业的生产，各关节与共同的基座相连。Delta机器人因其高速下的精度，通常用于快速抓取和放置。
圆柱坐标机器人——据认为这些紧凑型机器人非常适合狭小空间，至少具有一个用于旋转运动的转动关节和一个用于直线运动的移动关节。圆柱坐标机器人的常见应用包括简单装配、压铸以及机床上下料。

工业机器人及其应用的未来

虽然从历史上看，上述应用和机器人类型可能最为常见，但如今的设备对其机械结构的关注已经减少。它们是数据采集者。早期几代机器人需要与自身的世界隔离开来，而如今它们可以被整合进劳动力之中。

过去，机器人通常被要求在固定位置执行非常具体的任务。但如今，得益于对其外形和功能产生影响的环保安全传感器，工业机器人的协作应用正在迅速发展。现在，这些协作式工业机器人，即协作机器人（cobot），与工厂操作人员并肩工作，完成人类工作中的一小部分。

传感器的普及使机器人能够在有人的环境中工作，并记录周围环境的信息。因此，我们可以在生产过程的每个环节收集数据，以实现完全控制和深入的数据分析，从而在未来做出更好的决策。

机器人技术的进步还使我们能够将机器人从工厂中带出来，使其具备移动性和自主性，用于全新的应用场景，例如零售业。2019年，自主机器人席卷了食品超市，当时Ahold Delhaize推出了为改善门店运营而开发的Badger Technologies机器人。该机器人配备了众多传感器、导航系统和摄像头，可与员工和顾客一同在过道中移动，扫描地面是否存在液体泄漏等危险状况。同时，设备还会记录缺货、估算错误或不恰当的订单库存。