自1959年Devol和Engelberger開發(fā)的第一個模型--當時重達兩噸多的解決方案，具有開拓性，但與最近的版本相比，速度慢、笨重且不準確--工業(yè)機器人已經經歷了顯著的發(fā)展，其領域也在迅速發(fā)展。

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

工業(yè)機器人領域的快速發(fā)展導致了不同的類型和應用：不是所有的工業(yè)機器人都是一樣的。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，而不是其他。

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

主題索引

（1）全球有350萬臺工業(yè)機器人在運行

（2）什么是工業(yè)機器人

（3）工業(yè)機器人：機器還是準機器？

（4）工業(yè)機器人有什么用？

（5）工業(yè)機器人的不同類型

（5.1）笛卡爾機器人

（5.2）關節(jié)機器人

（5.3）人形機器人

（5.4）揀選機器人機器人（Delta）

（5.5）協(xié)作機器人，最新的市場趨勢

（5.56）全球有350萬臺工業(yè)機器人在運行

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

在最一般的定義中，工業(yè)機器人是一種鉸接結構的形式，有各種配置。如果我們想更好地說明 "工業(yè)機器人 "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)自動化應用。

這些結構是通過連接一系列的旋轉和/或線性運動學或關節(jié)來實現(xiàn)的。每個關節(jié)都提供一種運動，共同使機器人結構或機器人手臂被定位在一個特定的位置。

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

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

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械系統(tǒng)的相互連接，其設計考慮到了特定的目的，可以進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)機器人：機器還是準機器？

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

簡而言之，機械指令2006/42/EC對 "機械 "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動系統(tǒng)，即有自己的動力，能夠獨立操作，例如在舉重和運輸材料時，符合機械指令附件1的安全要求，并帶有CE標志。

另一方面，同一指令將 "部分完成的機械 "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，必須與其他機械或部分完成的機械結合或組裝。

因此，是否需要與其他機器或部分完成的機器進行組裝以實現(xiàn)其功能，是決定一臺機器是否能獨立運作的判別因素。

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

事實上，如果機械手或機器人能夠獨立完成規(guī)定的功能--例如，在制造汽車的裝配線上進行焊接操作--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 "機器"，因為它符合指令的所有要求，包括符合性聲明、CE標志、使用手冊和技術文件。

相反，如果機械手或機器人能夠 "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，如機械手機器人的手臂在空間的運動，因此打算與其他機械 "整合"，它必須被視為機械指令2006/42/EC第2（1）（g）條意義上的 "部分完成機械"。在這種情況下，機械手或機器人必須附有指令附件二B點規(guī)定的聲明，該聲明必須由制造商提供，即組裝由機器人和集成機器組成的復雜組件的人。

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

事實上，對于機械來說，必須執(zhí)行CE標志認證程序，而對于部分完成的機械來說，必須分析相關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)機器人有什么用？

美國機器人研究所將機器人定義為“一種多功能、可重新編程的機械結構，旨在以編程的可變運動方式移動材料、零件、工具或專用設備，以執(zhí)行各種不同的任務?！痹谠S多方面，該定義與上一段中提到的 ISO 標準的定義很接近，但它使我們能夠了解在大多數(shù)情況下，機器人在工業(yè)領域的設計用途以及它是什么用于...

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

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

（5）不同類型的工業(yè)機器人

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

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

（5.4）揀選機器人機器人（Delta）

笛卡爾機器人（ICS = IntegratedCombination System）的特點是運動學最簡單，因為它們由機器人移動的線性軸和旋轉軸的組合組成；每個都對應一個自由度。它們也被稱為線性機器人、龍門機器人或 XYZ 機器人，因為它們通常在參考笛卡爾坐標系（X、Y 和 Z）的 3 個軸上直線移動，可以添加手腕以允許旋轉運動。

如果說軸數(shù)，這類機器人的特點一般是2軸、3軸或者最多4軸，但直角坐標機器人的軸數(shù)可能更高。

它們首先是為搬運和加工應用而設計和開發(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，以及調整速度的能力，工作空間內的精度，行程長度和機器人的尺寸，由于它們的模塊化。

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

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

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

直角坐標機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，笛卡爾機器人的頂級供應商包括 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。

關節(jié)機器人

SCARA機器人——選擇性順應裝配機器人手臂或選擇性順應鉸接機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。

它們允許將對象定位在添加了旋轉的 X、Y、Z 體積中。實際上，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。由于垂直運動沿單個軸發(fā)生，因此結構更簡單，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。

與笛卡爾機器人相比，它們是速度非常快且用途廣泛的機器人，后者在橫向運動方面表現(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、電裝、史陶比爾、三菱電機、川崎重工、ABB、東芝機械、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 是該領域的新興公司。

類人機器人

類人化或鉸接式機器人之所以被稱為是因為它們是模仿人類手臂和手的運動能力而制造的。它們具有非常靈活的結構，因為它們由一系列關節(jié)組成，關節(jié)數(shù)量從 4 個到 7 個不等，每個關節(jié)對應一個自由度 (DoF)，并且允許機器人到達其范圍內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)行復雜且高度可變的運動。通過添加一個額外的軸，可以是線性的或旋轉的，具有運動學冗余的機器人是獲得，即 7 DoF 工業(yè)機械手，其軸數(shù)超過給定任務所需的軸數(shù)。一種消除機器人奇點并賦予系統(tǒng)更大剛度和更好負載分布的配置。

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

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

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

揀選機器人

Picker 或 Delta 機器人（或蜘蛛機器人）也稱為并聯(lián)機器人，因為它們具有并聯(lián)運動學結構，因此它們能夠執(zhí)行比 6 DoF 機械手更復雜的自動化應用。它們由三個手臂組成，這些手臂通過關節(jié)連接到工作區(qū)域上方的單個底座，在該底座內，相同的手臂快速準確地移動單個工具，直接控制其每個關節(jié)。

它們通常用于食品、制藥和電子行業(yè)的取放和包裝應用。Delta 機器人可以有 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)作機器人，市場最新趨勢

協(xié)作機器人，更廣為人知的名稱是cobots（協(xié)作機器人），構成了機器人技術發(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器人，具有高度靈活性的特點。通常比擬人化更容易編程，它們共享 6 個或更多的自由度，類似于人臂的關節(jié)形狀，并且可以將各種工具集成在手腕上，以實現(xiàn)最多樣化操作的自動化，它們的特點是通過流線型、絕對輕巧和緊湊的運動學，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)作機器人模型由 Universal Robots 于 2008 年開發(fā)。

協(xié)作機器人是一個不斷增長的市場。根據(jù) ReportLinker 的全球協(xié)作機器人市場規(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)作機器人市場規(guī)模預計將達到 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)作機器人市場的領先企業(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。

移動機器人：AGV和AMR

到目前為止我們談到的機器人都屬于固定或靜止機械手的類型。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（自動導引車），自動導引車，主要用于物流領域，用于將物品從倉庫運輸和處理到生產線或通過無線通信直接在生產線上裝載托盤。

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

自主移動機器人（AMR 或自主移動機器人）比AGV 更新和先進，能夠在沒有人工干預的情況下移動和導航。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)境來遵循預定的路線。

新一代移動機器人的代表是步行機器人，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。步行機器人是一個非常當前且仍在實驗的研究領域，尤其是在微觀尺度上，正在研究微型機器人用于修理或組裝工業(yè)中的小型結構或機器，以及作為醫(yī)療領域的手術助手，受雇于微創(chuàng)和創(chuàng)新程序。