工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業(yè)機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。


一、工業(yè)機器人的分類

1. 按操作機坐標形式可分為：

（1）直角坐標型工業(yè)機器人

其運動部分由三個相互垂直的直線移動（即PPP）組成，其工作空間圖形為長方形。它在各個軸向的移動距離，可在各個坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，控制無耦合，結構簡單，但機體所占空間體積大，動作范圍小，靈活性差，難與其他工業(yè)機器人協調工作。

（2）圓柱坐標型工業(yè)機器人

其運動形式是通過一個轉動和兩個移動組成的運動系統來實現的，其工作空間圖形為圓柱，與直角坐標型工業(yè)機器人相比，在相同的工作空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大，其位置精度僅次于直角坐標型機器人，難與其他工業(yè)機器人協調工作。

（3）球坐標型工業(yè)機器人

又稱極坐標型工業(yè)機器人，其手臂的運動由兩個轉動和一個直線移動（即RRP,一個回轉，一個俯仰和一個伸縮運動）所組成，其工作空間為一球體，它可以作上下俯仰動作并能抓取地面上或教低位置的協調工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比。

（4）多關節(jié)型工業(yè)機器人

又稱回轉坐標型工業(yè)機器人，這種工業(yè)機器人的手臂與人一體上肢類似，其前三個關節(jié)是回轉副（即RRR），該工業(yè)機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂見形成肩關節(jié)，大臂和小臂間形成肘關節(jié)，可使大臂做回轉運動和俯仰擺動，小臂做仰俯擺動。其結構最緊湊，靈活性大，占地面積最小，能與其他工業(yè)機器人協調工作，但位置精度教低，有平衡問題，控制耦合，這種工業(yè)機器人應用越來越廣泛。

（5）平面關節(jié)型工業(yè)機器人

它采用一個移動關節(jié)和兩個回轉關節(jié)（即PRR），移動關節(jié)實現上下運動，而兩個回轉關節(jié)則控制前后、左右運動。這種形式的工業(yè)機器人又稱（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)裝配機器人。在水平方向則具有柔順性，而在垂直方向則有教大的剛性。它結構簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)的插接、裝配中應用廣泛。

2. 按驅動方式可分為：

（1）氣動式工業(yè)機器人

這類工業(yè)機器人以壓縮空氣來驅動操作機，其優(yōu)點是空氣來源方便，動作迅速，結構簡單造價低，無污染，缺點是空氣具有可壓縮性，導致工作速度的穩(wěn)定性較差，又因氣源壓力一般只有6kPa左右，所以這類工業(yè)機器人抓舉力較小，一般只有幾十牛頓，最大百余牛頓。

（2）液壓式工業(yè)機器人

液壓壓力比氣壓壓力高得多，一般為70kPa左右，故液壓傳動工業(yè)機器人具有較大的抓舉能力，可達上千牛頓。這類工業(yè)機器人結構緊湊，傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封要求較高，且不宜在高溫或低溫環(huán)境下工作。

（3）電動式工業(yè)機器人

這是目前用得最多的一類工業(yè)機器人，不僅因為電動機品種眾多，為工業(yè)機器人設計提供了多種選擇，也因為它們可以運用多種靈活控制的方法。早期多采用步進電機驅動，后來發(fā)展了直流伺服驅動單元，目前交流伺服驅動單元也在迅速發(fā)展。這些驅動單元或是直接驅動操作機，或是通過諸如諧波減速器的裝置來減速后驅動，結構十分緊湊、簡單。

二、工業(yè)機器人控制系統

1. 工業(yè)機器人的控制技術

是在傳統機械系統的控制技術的基礎上發(fā)展起來的，因此兩者之間并無根本的不同但工業(yè)機器人控制系統也有許多特殊之處。

其特點如下：

（1）工業(yè)機器人有若干個關節(jié)，典型工業(yè)機器人有五六個關節(jié)，每個關節(jié)由一個伺服系統控制，多個關節(jié)的運動要求各個伺服系統協同工作。

（2）工業(yè)機器人的工作任務是要求操作機的手部進行空間點位運動或連續(xù)軌跡運動，對工業(yè)機器人的運動控制，需要進行復雜的坐標變換運算，以及矩陣函數的逆運算。

（3）工業(yè)機器人的數學模型是一個多變量、非線性和變參數的復雜模型，各變量之間還存在著耦合，因此工業(yè)機器人的控制中經常使用前饋、補償、解耦和自適應等復雜控制技術。

（4）較高級的工業(yè)機器人要求對環(huán)境條件、控制指令進行測定和分析，采用計算機建立龐大的信息庫，用人工智能的方法進行控制、決策、管理和操作，按照給定的要求，自動選擇最佳控制規(guī)律。

2. 工業(yè)機器人的控制系統發(fā)基本要求：

（1）實現對工業(yè)機器人的位置、速度、加速度等控制功能，對于連續(xù)軌跡運動的工業(yè)機器人還必須具有軌跡的規(guī)劃與控制功能。

（2）方便的人---機交互功能，操作人員采用直接指令代碼對工業(yè)機器人進行作用指示。使用工業(yè)機器人具有作業(yè)知識的記憶、修正和工作程序的跳轉功能。

（3）具有對外部環(huán)境（包括作業(yè)條件）的檢測和感覺功能。為使工業(yè)機器人具有對外部狀態(tài)變化的適應能力，工業(yè)機器人應能對諸如視覺、力覺、觸覺等有關信息進行測量、識別、判斷、理解等功能。在自動化生產線中，工業(yè)機器人應用與其它設備交換信息，協調工作的能力。

3. 工業(yè)機器人控制系統的分類：

工業(yè)機器人控制系統可以從不同角度分類，如控制運動的方式不同，可分為關節(jié)控制、笛卡爾空間運動控制和自適應控制；按軌跡控制方式的不同，可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制；按速度控制方式的不同，可分為速度控制、加速度控制、力控制。

（1）程序控制系統

給每個自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機器人就可實現要求的空間軌跡。

（2）自適應控制系統

當外界條件變化時，為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的參數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和參數能隨時間和條件自動改變。

（3）人工智能系統

事先無法編制運動程序，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態(tài)信息，實時確定控制作用。當外界條件變化時，為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的參數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和參數能隨時間和條件自動改變。因而本系統是一種自適應控制系統。