工业机器人有四大关键技术，包括机器人用减速器技术、多轴伺服控制技术、伺服电机及其驱动技术和传感器技术。

1）机器人用减速器技术

机器人的关节一般采用电机驱动，腰部以上的电机分别安装在肩部、肘部和腕部，它们的重量影响末端执行器的有效负载和运动速度大小。目前每个关节的驱动电机由于受到尺寸和重量的约束，难以输出能满足负载所需的力和力矩。为此，需要通过减速器降低输出速度而增大输出力或力矩。目前应用于工业机器人领域的减速器主要有RV（rot-vector）减速器和谐波减速器。

RV减速器采用两级减速，如图1-3所示，具有传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、振动低、疲劳强度大和刚度大以及工作寿命长等优点，故一般用于机器人大臂、肘部和肩部的传动，以承受较大负载。

图1-3　RV减速器

谐波减速器由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有结构简单、体积小、重量轻、传动比范围大、承载能力强、运动平稳、传动效率高等优点，一般用于机器人的小臂、腕部和手部的传动，如图1-4所示。

图1-4　谐波减速器

目前市场上主流的工业机器人用减速器主要包括帝人减速器（Nabtesco）、住友减速器（Sumitomo）、Harmonic Drive谐波减速器、利罗尔西（Rossi）减速器、Dynabox减速器和SEW减速器等。

2）多轴伺服控制技术

机器人的伺服系统包括伺服控制器、伺服电机驱动器和伺服电机，如图1-5所示。

图1-5　伺服控制系统组成

机器人作业前需要进行运动规划，即根据作业对象的要求，确定机器人末端执行器的运动轨迹和姿态变化。该运动轨迹和姿态变化要分解成机器人每个关节的运动。机器人末端的运动轨迹一般需要多个关节轴联动才能实现。所谓联动，是指机器人各个坐标轴之间的位移、速度和加速度保持严格的定量关系。因而，如何保证相关的关节联动，且保证多关节的合成运动精度，是机器人控制的核心问题。市场上主流品牌的工业机器人都使用专用的多轴伺服控制器，这是机器人核心技术之一。(www.daowen.com)

3）伺服电机及其驱动技术

伺服电机不仅能实现位置精确控制，而且可以实现速度和加速度精确控制。伺服电机转子的角位移和转速受输入信号控制，并能快速反应，且具有时间常数小、线性度高等特点。伺服电机分为直流和交流伺服电机两大类。机器人用伺服电机要求功率变化率［电机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比］及惯量体积比大。

伺服系统除了可以进行位置控制外，还可以进行转矩控制。对于工业机器人关节驱动电机，要求其最大功率质量比和扭矩惯量比大，启动转矩大，电机惯量小，调速范围宽，调速平滑等。从腰部到腕部，机器人所使用的伺服电机差异较大，对于腕部驱动电机，应采用体积小、质量尽可能小的电机，要求响应速度快；而腰部和肩部电机，则要求输出力矩大、响应速度快。机器人用伺服电机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力，这是伺服电机在工业机器人中应用的先决条件。

机器人对关节驱动电机的要求非常严格，主要包括：

（1）快速响应。响应指令的时间越短，伺服控制系统的灵敏性越高，快速响应性能就越好，一般是以伺服电机时间常数的大小来表征伺服电机快速响应的性能。工业机器人电气伺服系统一般包括三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制和转矩控制等多种性能要求。

（2）启动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人伺服电机的启动转矩大、转动惯量小。

（3）控制特性的连续性和线性好。随着控制信号的变化，电机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比，同时调速范围宽，能在1∶1 000～1∶10 000的范围内调速。此外，为了配合机器人的体形，伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短，而且还能经受苛刻的运行条件，可进行频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受数倍过载。

图1-6　伺服电机和驱动器

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，如图1-6所示，主要应用于高精度的定位控制系统。伺服驱动器一般通过位置、速度和力矩三种闭环方式对伺服电机进行控制，以实现高精度的系统定位，其中的速度环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。

4）传感器技术

按照传感器安装于机器人本体上还是本体以外，机器人用传感器可以分为内部传感器和外部传感器两类。内部传感器主要测量机器人各关节的位移、速度、加速度和力；由于机器人需要适应外部环境的变化，实现自动正功能，因此需要外部传感器。机器人主要应用的传感器类型见表1-3。

表1-3　机器人用传感器的主要类型