机器人百科：自动焊接机器人、机械臂、工业机器人、智能扫地机器人等应用介绍

本文主要介绍，自动焊接机器人的主要优点和应用有哪些？常见的机械臂有哪些？机械臂的作用是什么？如何选择工业机器人？工业机器人选型的九大注意事项，四轴机器人和六轴机器人的区别有哪些？工业机器人的分类方式有哪些？工业机器人的种类介绍，柔性机械臂的控制方式一般有哪些？智能扫地机器人有哪些分类？

关键词：自动焊接机器人、机械臂、工业机器人、智能扫地机器人、四轴机器人、六轴机器人

机器人百科

自动焊接机器人的主要优点和应用有哪些？

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人属于标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。

焊接机器人的优点

随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：

1、稳定和提高焊接质量，能将焊接质量以数值的形式反映出来；

2、提高劳动生产率；

3、改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；

4、降低了对工人操作技术的要求；

5、缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

因此，焊接机器人在各行各业已得到了广泛的应用。

1、生产线

焊接机器人生产线比较简单的是把多台工作站（单元）用工件输送线连接起来组成一条生产线。这种生产线仍然保持单站的特点，即每个站只能用选定的工件夹具及焊接机器人的程序来焊接预定的工件，在更改夹具及程序之前的一段时间内，这条线是不能焊其他工件的。

另一种是焊接柔性生产线（FMS-W）。柔性线也是由多个站组成，不同的是被焊工件都装卡在统一形式的托盘上，而托盘可以与线上任何一个站的变位机相配合并被自动卡紧。焊接机器人系统首先对托盘的编号或工件进行识别，自动调出焊接这种工件的程序进行焊接。

2、在汽车生产中应用

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。

3、在水下的应用

作为海洋工程装备技术的重要组成部分，海洋焊接如今已成为海洋资源开发和海洋工程建设不可缺少的基础和支撑技术。

常见的机械臂有哪些？机械臂的作用是什么？

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。

那么我们常见的机械臂有哪些呢？按不同的行业分类为常见的日常生活机器人、注塑行业机械臂、冲床行业机械臂、车床行业机械臂、六轴工业器人及其它工业机器人：

一、日常生活机器人

常见的日常生活机器人是指代替人工操作的机器人，如餐厅里常见的端菜机器人，还有经常电视上看到的全能机器人等，就是基本能代替人工的那种如动作、语言、神态等，能完全模仿人的机器，不过这种机器人一般都是科研机构来设计研发了。

二、注塑行业机械臂

注塑行业机械臂常称为注塑机机械手、塑料机机械手，它可模仿人体上肢的部分功能代替人工用于自动剪水口、模内镶件、模内贴标、模外组装、整形、分类、堆叠、产品包装、模具优化等等。且可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。

三、冲床行业机械臂

冲床行业机械臂又名冲床行业机械手、冲床冲压机械手，它是用于冲床行业专用的机械臂，冲床冲压机械手能按照预选程序自动完成几个规定的动作，实现物体的自动夹取和运送。由于机械手能方便地改变工作程序，因而在经常变换产品品种的中小件冲压生产中，对于实现生产自动化更具有重要意义。冲床冲压机械手由执行机构、驱动机构和电气控制系统等组成。

四、车床行业机械臂

车床行业机械臂又名车床自动上下料机械手、上下料机械手，车床自动上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。

五、其它工业机器人

随着智能工业的快速发展，我们越来越多的行业都使用了工业机器人代替人工作业，六轴工业机器人是一种用于自然科学相关工程与技术领域的工艺试验仪器，六轴机器人的六个轴，每个轴都是一个电机配备减速机来传动，各个轴的运动方式和方向都不同，每个轴其实是模拟人手的各个关节的动作。

如何选择工业机器人？工业机器人选型的九大注意事项

对于自动化行业的资深的机电工程师来说，选择合适的机器人也许是一个简单的工作。但是对于那些第一次准备购买、导入机器人的设计人员或工厂来说，也许会有些迷茫。那么，如何选择一个合适的工业机器人？下面讨论下工业机器人选型的九大注意事项：

1、应用场合

首先，最重要的源头是评估导入的机器人，是用于怎样的应用场合以及什么样的制程。

若是应用制程需要在人工旁边由机器协同完成，对于通常的人机混合的半自动线，特别是需要经常变换工位或移位移线的情况，以及配合新型力矩感应器的场合，协作型机器人应该是一个很好的选项。

如果是寻找一个紧凑型的取放料机器人，你可能想选择一个水平关节型机器人。

如果是寻找针对小型物件，快速取放的场合，并联机器人最适合这样的需求。

2、有效负载

有效负载是，机器人在其工作空间可以携带的最大负荷。从例如3Kg到1300Kg不等。

如果你希望机器人完成将目标工件从一个工位搬运到另一个工位，需要注意将工件的重量以及机器人手爪的重量加总到其工作负荷。

另外特别需要注意的是机器人的负载曲线，在空间范围的不同距离位置，实际负载能力会有差异。

3、自由度(轴数)

机器人配置的轴数直接关联其自由度。如果是针对一个简单的直来直去的场合，比如从一条皮带线取放到另一条，简单的4轴机器人就足以应对。

但是，如果应用场景在一个狭小的工作空间，且机器人手臂需要很多的扭曲和转动，6轴或7轴机器人将是最好的选择。

轴数一般取决于该应用场合。应当注意，在成本允许的前提下，选型多一点的轴数在灵活性方面不是问题。这样方便后续重复利用改造机器人到另一个应用制程，能适应更多的工作任务，而不是发现轴数不够。

4、最大作动范围

当评估目标应用场合的时候，应该了解机器人需要到达的最大距离。选择一个机器人不是仅仅凭它的有效载荷-也需要综合考量它到达的确切距离。每个公司都会给出相应机器人的作动范围图，由此可以判断，该机器人是否适合于特定的应用。机器人的水平运动范围，注意机器人在近身及后方的一片非工作区域。

5、重复精度

同样的，这个因素也还是取决于你的应用场合。重复精度可以被描述为机器人完成例行的工作任务每一次到达同一位置的能力。

一般在±0.05mm到±0.02mm之间，甚至更精密。例如，如果需要你的机器人组装一个电子线路板，你可能需要一个超级精密重复精度的机器人。如果应用工序是比较粗糙，比如打包，码垛等，工业机器人也就不需要那么精密。

另外一方面，组装工程的机器人精度的选型要求，也关联组装工程各环节尺寸和公差的传递和计算，比如：来料物料的定位精度，工件本身的在治具中的重复定位精度等。

6、速度

这个参数与每一个用户息息相关。事实上，它取决于在该作业需要完成的CycleTime。规格表列明了该型号机器人最大速度，但我们应该知道，考量从一个点到另一个点的加减速，实际运行的速度将在0和最大速度之间。这项参数单位通常以度/秒计。有的机器人制造商也会标注机器人的最大加速度。

7、本体重量

机器人本体重量是设计机器人单元时的一个重要因素。如果工业机器人必须安装在一个定制的机台，甚至在导轨上，你可能需要知道它的重量来设计相应的支撑。

8、刹车和转动惯量

基本上每个机器人制造商提供他们的机器人制动系统的信息。有些机器人对所有的轴配备刹车，其他的机器人型号不是所有的轴都配置刹车。要在工作区中确保精确和可重复的位置，需要有足够数量的刹车。另外一种特别情况，意外断电发生的时候，不带刹车的负重机器人轴不会锁死，有造成意外的风险。

9、防护等级

根据机器人的使用环境，选择达到一定的防护等级(IP等级)的标准。一些制造商提供相同的机械手针对不同的场合不同的IP防护等级的产品系列。如果机器人在与生产食品相关的产品，医药、医疗器具，或易燃易爆的环境中工作时，IP等级会有所不同。

四轴机器人和六轴机器人的区别有哪些？

工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、分拣、装配和喷涂等多种生产作业。这些生产作业所用的工业机器人主要的也就是六轴机器人和四轴机器人。

四轴机器人

四轴机器人的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转。第三个关节由一个称为羽毛的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。这种独特的设计使四轴机器人具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。在包装应用中，四轴机器人擅长高速取放和其他材料处理任务。

六轴机器人

六轴机器人比四轴机器人多两个关节，因此有更多的“行动自由度”。六轴机器人的第一个关节能像四轴机器人一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机器人有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。六轴机器人更多的关节意味着他们可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里。他们还可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。

六轴机器人和四轴机器人的区别

四轴机器人和六轴机器人主要区别就是四轴机器人是特别为高速取放作业而设计的，而六轴机器人则提供了更高的生产运动灵活性。

工业机器人的分类方式有哪些？工业机器人的种类介绍

目前，国际上从应用环境出发将机器人分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人也分为两大类，即工业机器人和特种机器人。这和国际上的分类是一致的。

工业机器人是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。

1、工业机器人按臂部的运动形式分为四种。

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

2、工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。

点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

3、工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。

编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS-232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。

在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人

柔性机械臂的控制方式一般有哪些？

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低。所以，机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑，实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。

柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有非线性、强耦合、实变等特点。而进行柔性臂动力学问题的研究，其模型的建立是极其重要的。柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。

对柔性机械臂的控制一般有如下方式：

1、刚性化处理。完全忽略结构的弹性变形对结构刚体运动的影响。例如为了避免过大的弹性变形破坏柔性机械臂的稳定性和末端定位精度，NASA的遥控太空手运动的最大角速度为0.5deg/s。

2、前馈补偿法。将机械臂柔性变形形成的机械振动看成是对刚性运动的确定性干扰而采用前馈补偿的办法来抵消这种干扰。德国的Bernd Gebler研究了具有弹性杆和弹性关节的工业机器人的前馈控制。张铁民研究了基于利用增加零点来消除系统的主导极点和系统不稳定的方法，设计了具有时间延时的前馈控制器，和PID控制器比较起来，可以更加明显的消除系统的残余振动。

3、加速度反馈控制。Khorrami FarShad和Jain Sandeep研究了利用末端加速度反馈控制柔性机械臂的末端轨迹控制问题。

4、被动阻尼控制。为降低柔性体相对弹性变形的影响 选用各种耗能或储能材料设计臂的结构以控制振动。或者在柔性梁上采用阻尼减振器、阻尼材料、复合型阻尼金属板、阻尼合金或用粘弹性大阻尼材料形成附加阻尼结构均属于被动阻尼控制。近年来，粘弹性大阻尼材料用于柔性机械臂的振动控制已引起高度重视。

5、力反馈控制法。柔性机械臂振动的力反馈控制实际上是基于逆动力学分析的控制方法，即根据逆动力学分析，通过臂末端的给定运动求得施加于驱动端的力矩，并通过运动或力检测对驱动力矩进行反馈补偿。

6、自适应控制。采用组合自适应控制，将系统划分成关节子系统和柔性子系统。利用参数线性化的方法设计自适应控制规则来辨识柔性机械臂的不确定性参数。对具有非线性和参数不确定性的柔性机械臂进行了跟踪控制器的设计。控制器的设计是依据Lyapunov方法的鲁棒和自适应控制设计。通过状态转换将系统分成两个子系统。用自适应控制和鲁棒控制分别对两个子系统进行控制。

7、PID控制。PID控制器作为最受欢迎和最广泛应用的控制器，由于其简单、有效、实用，被普遍地用于刚性机械臂控制，常通过调整控制器增益构成自校正PID控制器或与其它控制方法结合构成复合控制系统以改善PID控制器性能。

8、变结构控制。变结构控制系统是一种不连续的反馈控制系统，其中滑模控制是最普遍的变结构控制。其特点：在切换面上，具有所谓的滑动方式，在滑动方式中系统对参数变化和扰动保持不敏感，同时，它的轨迹位于切换面上，滑动现象并不依赖于系统参数，具有稳定的性质。变结构控制器的设计，不需要机械臂精确的动态模型，模型参数的边界就足以构造一个控制器。

9、模糊与神经网络控制。是一种语言控制器，可反映人在进行控制活动时的思维特点。其主要特点之一是控制系统设计并不需要通常意义上的被控对象的数学模型，而是需要操作者或专家的经验知识、操作数据等。

智能扫地机器人有哪些分类？

扫地机器人的机身为无线机器，以圆盘型为主。使用充电电池运作，操作方式以遥控器、或是机器上的操作面板。一般能设定时间预约打扫，自行充电。

扫地机器人的前方有设置感应器，可侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，会自行转弯，并依每间不同厂商设定，而走不同的路线，有规划清扫地区。（部分较早期机型可能缺少部分功能） 因为其简单操作的功能及便利性，现今已慢慢普及，成为上班族或是现代家庭的常用家电用品。

扫地机器人的分类

按清洁系统分类：

第一种：单吸口式：单吸入式的清洁方式对地面的浮灰有用，但对桌子下面久积的灰及静电吸附的灰尘清洁效果不理想。（设计相对简单只有一个吸入口）

第二种：中刷对夹式：它对大的颗粒物及地毯清洁效果较好，但对地面微尘处理稍差，较适欧洲全地毯的家居环境。对亚州市场的 大理石头地板及木地板微尘清理较差. （清扫方式主面通过一个胶刷，一个毛刷相对旋转夹起垃圾）

第三种：升降V 刷清扫系统：以台湾机型为代表，它采用升降V 刷浮动清洁，可以更好的将扫刷系统贴合地面环境，相对来说对面静电吸附灰尘清洁更加到位。（整个的V 刷系统可以自动升降，并在三角区域形成真空负压）

按侦测系统分类

1、红外线传感：红外线传输距离远，但对使用环境有相当高的要求，当遇上浅色或是深色的家居物品它无法反射回来，会造成机器与家居物品发生碰撞时间一久，底部的家居物品会被它撞的斑斑点点。

2、超声波仿生技术：采用仿生超声波技术，类似鲸鱼，蝙蝠采用声波来侦测判断家居物品及空间方位，灵敏度高，技术成本高。在航空工业上都有系统的运用。

以上就是本文介绍的全部内容，自动焊接机器人的主要优点和应用有哪些？常见的机械臂有哪些？机械臂的作用是什么？如何选择工业机器人？工业机器人选型的九大注意事项，四轴机器人和六轴机器人的区别有哪些？工业机器人的分类方式有哪些？工业机器人的种类介绍，柔性机械臂的控制方式一般有哪些？智能扫地机器人有哪些分类？欢迎补充留言~