工业机器人的应用，就是按照作业要求，在完成机器人的选型、末端执行器设计、机器人外围设备配置、作业工装和夹具设计等任务的基础上，利用一定的技术手段将机器人及所有相关设备相集成，从而开发出一个能完成一定任务的独立单元——机器人工作站。为实现该目标，开发人员需要完成以下任务：

1）确定作业工艺

按照焊接、喷涂、激光加工、装配等作业要求，确定机器人作业工艺条件和作业对象的具体尺寸、作业精度等要求，作为选择机器人的主要依据。

2）明确作业的技术指标

首先，应确保工件的运动范围在机器人的工作范围之内，最好在机器人末端运动范围内的灵活空间（在此空间内，可以选择多种路径和姿态完成作业要求）；其次，作业对象的位置和姿态精度要求要在机器人技术指标中给出的位置和姿态精度范围内；再者，要根据生产节拍来确定机器人末端执行器的运动速度，该速度应该在机器人技术指标中的运动速度范围内；此外，还要考虑负载大小，如机器人进行搬运作业时，需要考虑作业对象的重量，也需要考虑作业对象搬运过程中惯性力大小的影响等；机器人进行喷涂作业时，除要考虑末端执行器的重量以及惯性力外，还需要考虑涂料和气体喷出时的反冲力大小，需要验算它们的合力和合力矩是否在机器人末端规定的最大负载范围内；最后，作业环境要求也是必须考虑的，包括环境温度、有无粉尘、有无易燃易爆介质等。

3）机器人选型

主要考虑机器人末端执行器运动轨迹的形状、范围、精度和额定负载大小。如果机器人末端主要做平面运动，可以考虑直角坐标机器人；如果用于电子器件装配，可以考虑采用SCAR机器人；如果机器人作业对象和作业要求经常发生变化，可以考虑采用通用的6自由度关节机器人。机器人额定负载的确定，取决于作业对象的重量、速度和加速度等因素。

4）末端执行器设计

通用工业机器人末端（手腕）有连接法兰，用于连接末端执行器（手爪）。末端执行器需要根据作业要求另行设计或选配，如焊接作业的焊枪需要选配；而搬运作业用的真空吸盘、夹钳等需要自行设计。

5）外围设备配置

按照焊接、装配、喷涂等作业工艺要求配置外围设备，如焊接作业的自动焊机、变位机、保护气体输送装置等。

6）系统集成

首先，利用技术手段，将机器人及外围设备融合成一个功能明确、性能可靠的工作单元——工业机器人工作站；其次，将工业机器人工作站与生产系统相融合，完成用户提出的作业任务要求。

7）成本评估

在决定是否采用机器人解决生产问题时，需要综合考虑劳动力成本、机器人和外围设备的投资成本、使用成本以及机器人的维护成本。尽管劳动力成本上升是推动机器人应用的主要因素之一，但是还应看到，机器人“换人”不仅仅是机器人代替“人”完成了某些具体操作，并提高了生产率和产品质量，还应该看到机器人“代替人”后会增加一些新设备（如用机器人焊接代替人工焊接，需要给机器人配专用的焊接电源），而且需要根据作业要求增添工装和夹具；另外还应该清楚，由于采用机器人作业，对工件尺寸规格的一致性和生产节拍等方面的要求反而提高了。对于生产企业而言，机器人及外围设备的使用和维护成本也是新增加的成本。这些“额外成本”的比重以及回收周期才是机器人代替人后能否取得预期经济效益的主要因素。(www.daowen.com)

参考文献

［1］International Federation of Robotics（IFR）．History of industrial robots online brochure by IFR 2012．http：∥www．ifr．org／news／ifr-press-release／50-years-industrial-robots-410／．

［2］International Federation of Robotics（IFR）．Industrial breakthrough with robots 2011：the most successful year for industrial robots since 1961.2012．http：∥www．ifr．org／news／ifr-press-release／industrial-breakthrough-with-robots-381／．

［3］Bruno Siciliano，Oussama Khatib．Springer handbook of robotics［M］．Berlin：Springer，2008．

［4］Shimon Y N．Handbook of industrial robotics［M］．2nd ed．［S．l．］：John Wiley ＆ Sons，Inc．，1999．

思考与练习

1.工业机器人常用的驱动技术有哪些？采用这些技术的机器人主要用于什么场合？

2.按照坐标类型，机器人可以分为哪些类型，各有什么特点？

3.工业机器人的四大关键技术是什么？

4.工业机器人主要在哪些领域得到应用？

5.工业机器人的主要技术指标有哪些？这些指标如何检测？

6.串联机器人和并联机器人各有什么特点？

7.目前在中国乃至世界范围内出现“机器人换人”的主要原因有哪些？

8.应用机器人解决工程问题面临的主要任务有哪些？