工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
国际标准化组织（ISO）对机器人的定义为“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手主要有几个轴，能够借助于可编程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。
机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。很多工作环境不友好，比如危险品制造、化工、军工等行业，人口老龄化带来劳动力紧缺，人工培训成本太高等原因，把机器人推到了智能制造业的风口浪尖。因此，围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等应用需求，工业机器人将会成为智能制造中智能装备的代表。
随着“人工智能”浪潮袭来，“机器代工”已经逐渐向社会各个领域不断渗透，包括工商业、医疗、教育、金融、公检法等各个方面，尤其是工业领域对于机器人的缺口大开。
工业机器人主要由3大部分6个子系统组成。其中3大部分是执行部分、传动部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统和控制系统。
机器人关键基础部件主要包括高精度减速机、高性能交直流伺服电机和驱动器、高性能控制器，其主要性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。
1. 工作空间
工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合，工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。
2. 运动自由度
运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示，工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数，机器人的自由度数目越多，功能就越强。
3. 有效负载
有效负载是指机器人在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。
4. 运动精度
机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。位姿精度是指指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时的实到位姿中心之间的偏差；重复位姿精度是指对同指令位姿从同一方向重复响应n次后实到位姿的不一致程度；轨迹精度是指机器人机械接口从同一方向n次跟随指令轨迹的接近程度。轨迹重复精度是指对一给定轨迹在同方向跟随n次后实到轨迹之间的不一致程度。
5. 运动特性
速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。在机器人说明书中，通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度，但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的，还应注意其最大允许加速度。
6. 动态特性
动态特性结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态。
1. 单轴机器人
单轴机器人一般分为两种传动方式，一为滚珠螺杆传动，二为同步带传动，两者皆是以直线导轨作为导向，并配合伺服电机或步进电机，来实现不同应用领域的定位、移载、搬运等等。透过不同的组合样式，还可以实现两轴、三轴、龙门式的组合。主要应用领域涵盖半导体、家电、医疗、汽车、包装、点胶机、焊接、切割、检测等自动化应用领域。
2. 直角坐标机器人
直角坐标机器人是基于X、Y、Z直角坐标，在各座标的长度范围内进行工作或者运动，适用于搬运、取放等作业，可应用的领域包括移动并定位、堆叠、锁螺丝、切割、装夹、压入、插取、装配、自动药房等。
图表5 直角坐标机器人示意
3. 水平多关节机器人
水平多关节机器人是一种圆柱座标型的特殊类型工业机器人。一般有四个自由度，包含沿X、Y、Z方向的平移和绕Z轴的旋转。其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业或食品行业等领域。
图表6 水平多关节机器人示意
4. 垂直多关节机器人
垂直多关节机器人有相当高的自由度，适用于任何轨迹或角度的工作。其具有三维运动的特性，可以做到高阶非线性运动，是目前最广泛应用的自动化机械装置，常用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。
图表7 垂直多关节机器人示意
5. 并联式机器人
并联式机器人亦称为DELTA机器人，通过上平台的三组动力结构带动主动臂与被动臂至末端平台进行位移，并可在末端搭载第四轴或是自上平台连结第四轴作为旋转轴。由于其构造简单，在移动速度上能达到最短路程，机构也容易小型化，可达到高速高精度的控制，因此主要应用于高速取放、筛选作业，主要应用于食品业、电子检料、制药、包装等用途。
在加工制造领域，工业机器人与机台的集成应用越来越成熟。在焊接、点胶、喷涂、搬运、码垛、装配等领域，工业机器人结构简洁、动作高效，工业机器人在当前加工制造业中的应用形式主要有以下几种。
1. 单机上下料
对机床进行自动上下料是工业机器人应用中最多的一部分，相比较于人工更加精准、迅速、安全，特别适用于加工批量大、产品生产周期长的中小零部件的加工。另外对需要吊装，人工作业困难的工件，机器人上下料也有明显的优势。在这种应用场景下，机器人通常有两种固定方式，固定于机台内部和固定于机台外部两种：固定于机台内部通常对机台进行上下料及辅助机台加工或作为加工的一部分，固定于机台外部主要用于上下料。
2. 机器人与多机床组成柔性生产线
相对于单机上下料，机器人与多机床组成的柔性生产线使机械手的利用效率更高，也更加经济，机械人的这种使用方式通常要求机台的加工周期长、重复定位精度低、生产节拍长。为了使机械人的利用率更高，采用这种方式时需结合设备的工艺条件及现场的生产状况对机台的布局做特别改动（常见的布局方式有对面布置、直线布置、U型布置等）。
3. 与机床共同完成加工工艺过程
机器人夹持工件在冲剪、折弯机上实现加工操作，不仅是简单的上下料，而是替代了所有原来的人工作业。这比人工操作更加准确和快速，从而提高了产品质量和生产效率，尤其是彻底解决了冲压类机床的工伤隐患。
4. 独立完成加工工序
给机器人装上专用手爪，机器人可以完成切割、打磨、抛光、清洗等工艺过程，甚至于可以让机器人直接夹持切削工具，对工件进行打孔、攻丝、铆接，也可以进行切削加工，在这种情形下，机器人本身就是一台机床。通过增加视觉、触觉，机器人可以用于组装、零件分选等复杂工序，即使是上下料，也可以不用带有定位装置的专用工位器具；通过装备特殊手爪，机器人可用于高温环境下作业的铸造、锻造机械，完成取铁水、浇注、上下热毛坯、更换热态的模具等人工难以直接完成的工作。
1. 金属成形行业
金属成形机床是机床工具的重要组成部分，成形加工通常与高劳动强度，噪声污染，金属粉尘等联系在一起，有时处于高温高湿甚至有污染的环境中，工作简单枯燥，企业招人困难。工业机器人与成形机床集成，不仅可以解决企业用人问题，更可提高加工效率、精度和安全性，具有很大的发展空间。
工业机器人在金属成形领域主要有数控折弯机集成应用、压力机冲压集成应用、热模锻集成应用、焊接应用等几个方面。
2. 电子电气行业
工业机器人在电子类的IC、贴片元器件这些领域的应用也较为普遍。目前世界工业界装机最多的工业机器人是四轴机器人。第二位的是串联关节6轴机器人，这两类超过全球工业机器人装机量一半。
在电子电气领域，工业机器人在分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速码垛等一系列流程中表现出色。
3. 铸造行业
铸造行业的作业使工人和机器遭受沉重负担，因为他们需要在高污染、高温、重力等极端的工作环境下进行多班作业。因此，绿色铸造被越来越多的企业所重视和推行。
铸造业从浇注、搬运延伸到了清理、码垛等工作，都能应用工业机器人来改善工作环境，提高工作效率、产品精度和质量，降低成本，减少浪费，并可获得灵活且高速持久的生产流程，满足绿色铸造的特殊要求。
4. 家用电器行业
家电历来是劳动密集型产业,在人力成本大幅增加、中国人口红利逐渐消失、精密制造提升等客观因素推动下，工业机器人在家电领域的应用是必然的。
使用工业机器人可以更经济有效地完成生产、加工、搬运、测量和检验工作，可以连续可靠地完成生产任务，无需经常将沉重的部件中转。由此可以确保生产流水线的物料流通顺畅，且始终保持恒定高质量。
生产效益是企业追求的目标，创新发展的动力，在工业生产中，工业机器人可替代工人去完成高难度的工作，降低人工成本。同时，枯燥机械化操作容易使工人产生情绪，影响工作精度。机器人可以很好地持续保障工作的精度，提高产品生产质量。可见，在智能制造中，工业机器人的应用可提高产品质量、降低生产成本，制造企业可获得更高的生产效益。
在工作繁重、危险度高的工作场合，或者重复性很高的工业生产车间，人类员工很容易出现疏忽和生理上的疲劳，导致安全事故的发生，采用智能工业机器人进行生产，能够最大限度地保障工人工作的安全性，不会出现由于工作上的疏忽或者疲劳而产生的安全事故。
此外，在工业生产中，工业机器人可与不同数控机床连接，进行多种产品生产，为柔性生产线建设提供帮助。整个过程无需人工操作，工业机器人可24h进行工件生产，表现出生产效率高、产品精度高、一致性强等优势。
在当下人口老龄化问题突出的环境下，传统体力型劳动人员必然会出现短缺。在新生代的工业从业人员中，受过高等教育的人口比例越来越高，他们对于智能化设备接受程度越来越高。通过工业机器人、智能设备，智能化系统能够通过少数人提供数倍于传统劳动力的效能。这种由传统工业生产转向智能制造的趋势，也是工业适应新时代发展的必然方向。
未来，在工业上，工业机器人将会承担越来越多的工作，智能化和自动化的趋势，将导致工业机器人改变以往的生产经营模式，通过引进工业机器人实现生产自动化，进一步提升工业生产效率，促进产业结构的智能化调整。
未来工业机器人主要发展方向如下：
1）人机协作：人机协作是一个重要的工业机器人趋势，也是未来工业机器人需求增长的驱动力。
2）人工智能：人工智能和机器学习也将对下一代工业机器人产生重大影响，有助于机器人变得更加自主。
3）新工业用户：随着其他行业接受工业机器人可提供的效率和灵活性，越来越多的行业开始加速采用机器人。
4）更小更轻的机器人：随着机器人技术的发展以及应用领域的拓展，未来机器人将沿着更小、更轻的方向发展，也为工业机器人开辟了新的机遇。
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