一、基础认知：工业机器人的核心定义与起源

工业机器人究竟是什么？

根据国际标准化组织 (ISO) 的定义，工业机器人是一种具有自动控制操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机，可通过编程执行搬运材料、工件或夹持工具等任务。它融合了机械、电子、控制、传感等多学科技术，核心特征包括可编程性、多功能性和多自由度（通常为 4-6 轴），能实现高精度、自动化的工业作业，还具备示教再现能力和闭环控制功能，可通过传感器反馈调控位置、速度等参数。

工业机器人是何时诞生的？

现代工业机器人的概念起源可追溯至 1920 年，捷克作家卡雷尔・恰佩克在科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》中首次提出 “Robot” 一词。1954 年，乔治・德沃尔申请了可编程关节式转移物体装置专利，1959 年他与约瑟夫・恩格尔伯格合作制造出第一台工业机器人 Unimate，具备可编程、多关节特性，标志着现代工业机器人正式诞生。1961 年，这台名为 “尤尼梅特” 的机械臂被搬进美国通用汽车生产车间，负责捡拾汽车零件并放置到传送带上，拉开了工业机器人规模化应用的序幕。

二、技术解析：核心参数与系统构成

衡量工业机器人性能的关键参数有哪些？

主要包括四个核心参数：一是自由度，即独立运动的数目，6 轴关节机器人可通过腰、肩、肘及腕部关节联动实现复杂轨迹运动；二是工作范围，指手腕参考中心可到达的空间区域，如 ABB IRB120 机器人工作半径 580mm，发那科 M2000iA 则适用于重型搬运；三是定位精度与重复定位精度，前者是末端实际与目标位置的偏差，后者是多次到达同一位置的偏差，高精度机器人如 ABB IRB1010 重复定位精度达 ±0.01mm；四是负载能力，如 KUKA KR 10 R1100 负载 10kg 适合高速分拣，协作机器人 UR5 负载 5kg 则强调人机安全交互。

工业机器人的机械系统由哪些部分组成？

机械系统是工业机器人的物理执行基础，主要包括机身、臂部、腕部及末端执行器。机身作为支撑核心，有固定式和行走式两种，固定式通过高强度螺栓安装，行走式则具备轮式、履带式等移动形式；臂部由大臂和小臂构成，负责带动腕部与手部运动，需满足刚度、导向性及轻量化要求；腕部连接臂部与手部，通过多自由度关节调整末端姿态，常见二自由度和三自由度类型；末端执行器是直接执行任务的工具，包括夹钳式、吸附式及专用工具等，可通过快换装置快速更换。

驱动系统有哪几种类型？各有什么特点？

驱动系统为机器人运动提供动力，主要分为电力、液压和气动三种方式。电力驱动采用交直流伺服电机配合减速器，控制精度高、响应快，是当前主流驱动方式；液压驱动通过液体压力传递能量，输出力矩大、动力强劲，适用于重载场景；气动驱动利用压缩空气实现动作，成本低、清洁快速，但控制精度相对较低，三种驱动方式均需与机械结构紧密配合，将能量转化为精准的机械运动。

控制系统在工业机器人中扮演什么角色？

控制系统是工业机器人的 “大脑”，由控制柜和示教器组成，负责路径规划、运动控制及任务调度。控制柜内含控制模块与驱动模块，控制模块执行程序并处理信号，驱动模块为各关节电机供电；示教器用于手动操纵、编程与监控，通过按键或触摸屏输入指令。控制系统采用实时操作系统，运行运动学正逆解、轨迹规划等算法，实现多轴联动与高精度控制，同时支持与 PLC、MES 等系统通信，具备故障诊断与安全保护功能。

感知系统如何帮助机器人 “感知世界”？

感知系统是机器人的 “感官”，分为内部传感器与外部传感器两大类。内部传感器如编码器，可实时反馈关节位置与速度，构成闭环控制以保障运动精度；外部传感器包括视觉传感器、力传感器等，视觉系统通过相机实现目标识别与定位，力传感器用于检测末端执行器受力，实现精密装配等柔顺控制。多传感器融合技术能提升机器人对环境的感知能力，使其适应动态复杂工况。

三、核心部件：产业链中的价值核心

工业机器人的核心零部件有哪些？占成本比例多少？

核心零部件主要包括减速器、伺服系统与控制器三大类，这三者共同决定了整机的运动精度、响应速度、负载能力及运行稳定性，且占据整机成本的 70% 以上，是产业链价值高地与技术壁垒最集中的环节。减速器承担降低转速、提升扭矩的功能，伺服系统负责将控制指令转化为机械运动，控制器则主导路径规划与多轴协同，三者缺一不可。

减速器有哪些主要类型？各适用于什么场景？

全球工业机器人减速器市场中，RV 减速器与谐波减速器合计占比超过 90%。RV 减速器传动效率高（通常＞90%），常用于重载关节，如 KUKA KR 系列机器人的腰部；谐波减速器传动误差小（＜1 弧分），适用于轻载高精度腕部，日本哈默纳科、纳博特斯克等企业长期主导该市场，国内绿的谐波、双环传动等厂商已实现初步突破。

伺服系统由什么组成？对机器人性能有何影响？

伺服系统由伺服电机与驱动器组成，是驱动系统的核心部件，负责将电能转化为机械能，配合编码器实现位置、速度闭环控制。它的性能直接影响机器人的动态响应与定位精度，例如 ABB IRB120 机器人采用永磁同步伺服电机，重复定位精度达 ±0.01mm，响应频率可达 2kHz。目前全球伺服系统市场由安川、三菱等日系品牌主导，国内汇川技术、埃斯顿等厂商正加速渗透市场。

四、应用场景：行业价值与实际效用

工业机器人主要应用在哪些行业领域？

工业机器人已广泛应用于国民经济 71 个行业大类、236 个行业中类，其中汽车制造是最大需求来源，电子电器、金属加工、物流仓储等领域应用也十分密集。在汽车制造行业，机器人可完成焊接、装配等工序；电子行业中用于精密装配；物流仓储场景下负责码垛搬运；食品饮料、医疗、化工等行业也有大量码垛工作站投入使用。

工业机器人能带来哪些具体的生产价值？

在效率提升方面，工业机器人可实现 24 小时不间断作业，汽车制造行业焊接工序效率能提升 300%，产品不良率降低至 0.01% 以下；成本控制上，电子行业精密装配环节单台机器人可替代 3-5 名工人，年节省人力成本约 20-50 万元；安全保障方面，在高温、有毒等危险环境中作业，能使工伤事故率下降 90% 以上。此外，它还能推动生产线柔性化改造，助力制造业数字化、网络化升级。

不同类型的工业机器人有什么区别？

我国工业领域的机器人大致可分为三类：一是本地化控制可编程机器人，以工业机械臂为主要形态，需要环境适应它，适用于单一品种大规模生产；二是具备感知和决策能力的自适应机器人，能与环境互相适应，形态包括带视觉和力觉的机械臂、自主移动机器人等，可满足多品种、小批量生产需求；三是近年研发的具身智能人形机器人，能脱离专门设计的流水线，自主适应工厂环境执行任务。

末端执行器有哪些常见类型？如何匹配作业需求？

末端执行器主要分为三类：夹钳式通过手指开闭夹持工件，指端有 V 形指、平面指等形状，适用于圆柱形、方形等规则工件，驱动方式包括气动、电动和液压；吸附式利用压力差抓取，分为真空吸附式、气流负压吸附式等，适用于玻璃、板材等表面平整光滑的工件，结构简单且抓取平稳；专用末端执行器针对特定任务设计，如焊枪、喷枪、刀具、电磁吸盘等，直接与生产工艺结合，ABB IRC5 机器人标配快换装置，工具更换时间可小于 3 秒。

工业机器人与传统自动化设备有什么不同？

工业机器人具有更强的可编程性和灵活性，通过搭配不同末端执行器可完成焊接、装配、搬运等多种任务，还能通过示教或离线编程调整运动轨迹。传统自动化设备多针对固定任务设计，功能单一，调整工艺需大幅改造设备。此外，工业机器人具备多自由度运动能力，作业空间更广，而传统自动化设备通常运动轨迹固定，适应场景有限。不过两者均能提升生产效率，工业机器人在高精度、多任务场景更具优势，传统自动化设备则在单一固定工序中成本更低。