½家标准
GB/T12643－90
将工业机器人定义为：工业机器是一种½自动定½控制，
可重复编程的，多功½的、多自由度的操½机。½搬运材料、零件或操持工具，用以完成各
种½业。
工业机器人不同于机械手。
工业机器人具有独立的控制系统，
可以通过编程实现动½程
序的变化；而机械手只½完成简单的搬运、抓取及上下料工½，它一般½为自动机或自动线
上的附属装½，工½程序固定不变。
一、工业机器人的组成和分类
（一）工业机器人的组成
工业机器人一般由操½机、驱动装½和控制系统三部分组成。
1.操½机。操½机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。
末端执行器又称手部，是操½机直接执行操½的装½。其上可安装夹持器、工具、传感
器等。夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空½吸四种。
手腕是连接手臂与末端执行器的部件，
用来支承末端执行器并调整其资态。
手腕一般有
2½3
个回½自由度，可扩大手臂的工½范围。
手臂用于支承和调整手腕和末端执行器。
它由连接杆件和关节组成，
包括肘关节和肩关
节。手臂与机座间通过关节边接，从而可扩大末端执行器姿态的动动范围。
机座是承力部件，在机器人中相对固定。有固定式机座和移动式机座。移动式机座下部
的行走机构可以是滚½或履带。步行机器人的行走机构多为连杆机构。
2.驱动装½。驱动装½为操½机工½提供动力。按所采用的动力源分为电动、液动和气
动三种类型。其执行部件（伺服电动机、液压缸或所缸）可以与操½机直接相连，也可以通
过½½、链条和谐波减速器与操½机连接。
3.控制系统。
控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，
其功½是控制工业机器人按
照要求动½。目前，工业机器人多采用计算机控制。计算机控制系统一般分为三级：
决策级--识别环境，建立模型，将½业任务分解为基本动½序列；
策略级--将基本动½½变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；
执行级--将基本动½½变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；
（二）工业机器人的分类
1.按坐标½式分。
（1）直角坐标为（代号
PPP）。机器人末端执行器（手部）空间½½的改变是通过沿
着三个互相重直的直角坐标
x、y、z
的移动来实现的。
（2）圆柱坐标式（代号
RPP）。机器人末端招待器空间½½的改变是由两个移动坐标
和一个旋½坐标实现的。
（3）球坐标式（代号
RRP）。又称极坐标式，机器人手臂的运动由一个直线运动和二
个½动组成，即沿
x
½的伸缩，绕
y
½的俯仰和绕
z
½的回½。
（4）关节坐标式（代号
RRR）。又称回½坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）
关节坐标。
2.按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。
（1）电力驱动。½用最多，驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服
电动机。目前交流伺服电动机是主流。
（2）液压驱动。有很大的抓取½力（可抓取高达上千年力），液压力可达
7Mpa，液
压传动平稳，防爆性½，动½也较灵敏，½对密封性要求高，对温度敏感。
（3）气压驱动。结构简单、动½迅速、½格½，½由于空气可压缩而½工½速度稳定
性差，气压一般为
0.7MPa，因而抓取力小（几十牛力至百牛力）。
3.按控制方式分。
（1）点½控制。只控制机器人末端执行器目标点的½½和姿态，而对从空间的一点到
另一点的½迹不进行严格控制。该种控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等½业。
（2）连续½迹控制。不仅要控制目标点的½½精度，而且还要对运动½迹进行控制。
比较复杂。采用这种控制方式的机器人，常用于焊接、喷漆和检测等½业中。
4.按½用范围分。
（1）可编程序的通用机器人。其工½程序可以改变，通用性强。适用于多品种，中小
批量的生产系统中。
（2）固定程序专用机器人。根据工½要求设计成固定程序，多采用液动或气动驱动，
结构比较简单。
二、工业机器人的特性参数和技术要求
（一）特性参数
1.坐标型式：直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。
2.运动自由度数：一般少于 6
个。
3.各自由度的动½范围
4.自由度的动½速度
5.额定负½½
6.精度
表
5-2
工业机器人的主要特性参数
项目名称
坐标型式
说明
常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等
运动自由度数 自由度数表示机器人动½的灵活程度，机器人的自由度一般少于
6
个，
也有多于
6
个的
各自由度的动 自由度的动½范围是指各关节的活动范围。各关节的基本动½范围决定
½范围
了机器人操½机工½空间的开头和大小
各自由度的动 各自由度的动½速度是指各关节的极限速度
½速度
额定负½½
额定负½½是指在规定性½范围内，在手腕机械接口处所½随的最大负½½
允许值
精度
精度主要包括½姿精度、½姿重复性、½迹精度、½迹重复性等。其中，
½姿精度是指指令½姿和从同一方向接近该指令½姿时各实到½姿与中
心之间的偏差；½姿重复性是指对于同一指令½姿，从同一方向重复向
应几次的实到½½和姿态的一致程度；½迹精度是指机器人机械接口从
同一方向几闪跟随指令½迹的接近½力，½迹精度由½½½迹精度（指
令½迹和实际½迹的½½平均值的中心线之间的最大偏差）和姿态½迹
精度
（指令姿态和实到姿态平均值中心线之间的最大偏差）
两方面确定；
½迹重复性是指对一给定½迹在同一方向跟随几次的实到½迹之间的不
一致程度，由½½½迹重复性的姿态½迹重复性两个方面确定
（二）技术要求
1.外观和结构。工业机器人要求布局合理、操½方便、造型美观、便于维修；无漏油、
漏气现象；润滑冷却情况良½；机构动动应灵活、平稳、可靠。
2.电气设备。
动力线与信号线½可½分开远离，
信号线应采用屏½、
双绞等抗干扰技术；
在运动中突然停电后，恢复供电时不得自行接通；非接地处的绝缘电阻不得小于
5m
；电
子元器件一般应进行老化处理；控制柜应具有良½的通风、散热措½；电源电压波动允许
±10%，频率允许 50±1HZ。
3.可靠性。采用平均无故障工½时间（MTBF）及可维修时间（MTTR）½为衡量可靠
性的指标。具½数值由产品标准规定。
4.安全性。安全性要求应满足《工业机器人安全规范》（ＧＢ11291－89）的规定。
三、工业机器人的编程方式
对于重复操½型机器人，所面对的½业任务比较简单，一般采用示教编程方式编程。
对于动½复杂，操½精度要求高的工业机器人（如装机器人），采用工业机器人语言编
程方式编程。
（一）示教编程方式
示教编程分为手反手示教编程和示教盒示教编程。
1.手把手示教编程。
实际工½时，
工业机器人的控制系统重复再现示教后存储的½迹和
操½技½。这种编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求连续½迹控制的工业机器人中。这种编
程方式也½实现点½控制，
此时控制系统只记½½迹终点，
移动速度按各段½迹对应的功½
数据输入。
2.示教盒示教编程。
（二）语言编程方式
与计算机编程相同，
用程序指令来描述工业机器人的动½。
根据工业机器人½业描述水
平的高½，可将工业机器人语言分为三类，即动½级语言、对象级语言和任务级语言。
动½级语言是直接记述工业机器人手臂、
手腕等动½的语言系统。
语句简单，
便于编程，
½不½进行复杂的数学运算，不½接受复杂的传感信息，通信½力差。
对象级语言主要面向½业对象和装配操½，
是一种以描述操½物½间关系为中心的语言
系统。这类语言可进行动控制、通信和数学运算，处理传感器信息，具有良½的可扩展性。
任务级语言允许½用者对任务目标直接下达指令，
而不必规定任务细节，
是比较高级的
机器人语言。
FMC
与
FMS, CIMS
一、柔性制造单元
FMC
柔性制造单元是在加工中心的基础上发展起来的。它增加了机器人或托盘自动交换装
½、刀具和工½的自动测量装½、加工过程的监测装½。与加工中心相比，它具有更½的柔
性，更高的生产率，可实现某些零件的多品种、小批量的加工。
柔性制造单元是一种在人的参与减到最小时，
½连续运½地对同一工件族内不同的工件
进行自动化加工的最小单元。
柔性制造单元的构成常有两种½式：
（1）托板存储库式
FMC
托板的选定和定½由
PLC
进行控制。
（2）机器人直接搬运式
FMC
这种
FMC
由加工中心、数控机床配上机器人和工件传输系统组成。有些单元还包括清
洗设备在内。柔性制造单元既可以½为独立½用的加工生产设备，又可½为更大、更复杂的
柔性制造系统和柔性自动线的基本组成模块。
二、柔性制造系统
FMS
柔性主要是指加工对象的灵活可变性，
即可以很容易地在一定范围内从一种零件的加工
更换为另一种零件的加工。
柔性制造系统是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，
由计算信息控制系统和物料自
动储运系统有机结合的整½。
它可按任意顺序加工一组有不同工序与加工节拍的工件，
½适
时地自由调度管理，
因而这种系统可以在设备的技术规范的范围内自动地适应加工工件和生
产批量的变化。
（1）柔性制造系统的基本功½
一般的
FMS
是基于如下的三个主要功½构成的：
a.自动加工功½（包括检验、清洗等）
b.自动搬运功½；
c.将以上两者综合起来的综合½件功½。
（2）柔性制造系统的组成
a.加工系统。
是由加工中心或加工中心与数控机床混合组成的加工设备。
机床的配½要
满足"互补"和"互替"两方面的要求。
"互补"是指系统需配½完成不同工序的机床（如½、铣、磨……）在工序上互相补充，
而不½代替。
"互替"是指一个系统中配½有相同的机床，若其中一台机床有故障，
另一台相同工序的
机床可以替加工。
除此之外，还有清洗、切屑处理等辅助装½或设备。
b.物流系统。包括工件与刀具夹具的输送、装卸及仓库存储等装½。在 FMS
中，工件
夹具的存储多用立½仓库，并由仓库计算机进行控制和管理。
c.信息流系统。该系统为协调多台机床加和物料输送的计算系统。
（3）FMS 的柔性
FMS
的柔性主要表现在以下几个方面：
a.随机加工½力。即同时加工一个以上零件的½力，并且工件在品种、类型、要求或数
量方面有变化时，½½很½地适应。
b.容忍故障½力。机床出现故障时，可自动安排其他机床代替，工件运输系统会相应调
整工件的运输路线，½之继续运行。
c.工½和生产½力的柔性。
d.系统生产纲领的柔性。
采用柔性制造的主要技术经济效益是：
½按装配½业配套要求合理及时地组织零件的加
工，
减少毛坯和在制品的库存量及相应的流动资金占有量，
缩短生产周期，
提高设备利用率，
减少直接劳动力，提高产品质量的一致性。
三、CIMS 概述
、Q（质量）
、C（成本）
½今制造业的变化趋势是：每一个企业½力求达到
T（时间）
和
S（服务）的最优组合。
CIM
是一种工业生产模式，
它运用各种最新技术实现企业的½处流、
物流及价值流
（资
金流）的集成和优化运行，是½企业赢得竞争的经营战略思想。
计算机集成制造系统（Computer
integrated manufacturing system,CIMS）是按
CIM
哲理建成的复杂的人机系统，它从企业的经营战略出发，综合考虑企业中人、技术和
管理的½用，用各种先进的技术手段，包括计算机硬½件，实现企业生产经营全过程中的信
息流和物流的集成，并在产品质量、生产成本、生产周期等方面达到总½优化，为企业带来
更大的经济效益。
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