2.1 工业机器人

随着一只金黄色机械手臂的翻转、回旋，高达 600 摄氏度的银白色金属卷板在青烟中被干脆利落地抓起来并摆放到下一个工位。经过一道道工序后，成型的壳体被整齐地码放在流水线末端。这是某公司钣金工厂壳体车间的场景，它只是现代工业机器人应用的一个缩影。如今，成千上万的工业机器人被用在了世界各地的工厂里，完成着焊接、塑形、组装、搬运、喷涂等工作。工业机器人正在逐渐取代人类完成各种复杂精细的生产加工过程，其应用前景十分广阔（见图 2-1）。

1．火花中的生产者

焊接也许是工业生产中最有观赏性的一道工序。随着焊枪的起起落落，一束束火花喷射而出，像烟花一样耀眼夺目，给单调的工厂增添了许多生趣。但同时，焊接工序会对工人的健康构成一定的威胁。即便是穿上厚重的防护服、戴上保护面罩，长期接触飞溅的火花和燃烧产生的气体也会对人的视力和呼吸系统产生不小的影响，引发一系列疾病。

图2-1 现代机器人大家族

焊接机器人的出现彻底改变了这种局面。相对于人工焊接，机器人焊接具有焊接质量好、工作效率高、焊接过程稳定性强等优势，而且还可以把工人从充满隐患的工作环境中解放出来。焊接机器人分为点焊、弧焊和切割机器人，不同种类机器人的基本结构类似，都是由本体、计算机控制系统、示教盒和相应的焊接切割系统组成的。点焊机器人对灵活性的要求比较高，通常要能实现腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆、腕捻六个自由度，驱动方式有液压驱动和电气驱动两种，其中电气驱动因具有保养维修简便、能耗低、速度快、精度高、安全性好等优点而被广泛采用。图 2-2 左侧图展现的就是一台点焊机器人。

弧焊机器人能够在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制，完成焊接任务。

弧焊机器人具有焊接效率高、质量好、稳定性强等优势，可长期进行焊接作业。弧焊机器人主要分为熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两类，图 2-2 右侧图是我国于 20 世纪80 年代中期研制出的第一台弧焊机器人。

图2-2 点焊机器人（左）和弧焊机器人（右）

切割机器人可在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制，完成复杂的产品切割和坡口加工，具有可持续作业、切割精度高、切割过程稳定等优点。常见的切割机器人有激光切割作业、等离子切割作业和火焰切割作业等。图 2-3 展示的是一台激光切割机器人。

目前，焊接机器人占工业机器人装机总量的 45% 以上，主要应用在汽车制造和机械装备加工领域，市场潜力巨大。就像裁缝为我们缝制衣物一样，这些火花中的生产者通过灵活的手臂，也在帮助人类“编织”着一件件精美的工业产品。

图2-3 激光切割机器人

2．工厂里的整容高手

现在很流行整容，皆因爱美之心人皆有之。同样，制造业中也需要对原材料和零部件进行整形加工，不只是要它们整齐好看，更是为了满足各种使用需求。塑形机器人主要用于零部件外形塑造和加工，能在航空航天、消费电子、机械加工、陶瓷加工等领域大显身手。常见的塑形机器人主要有打磨机器人和锻造机器人两类。

在实际的生产过程中，打磨可不只是拿砂纸摩擦一下那么简单。打磨机器人可对各种零件进行表面加工和抛光，如图 2-4 左图所示。用户可根据被加工零件的光洁度配置不同的机体和磨头。现有机器人打磨方式主要有两种：一种是工具主动型打磨，即待打磨工件固定不动，机器人带着打磨工具围着工件转；另一种是工件主动型打磨，即打磨工具不动，机器人带着待打磨的工件围着工具转。无论是哪种打磨方式，精确地控制和传动都是打磨机器人必须具备的本领，减速器、伺服电机和精密丝杠等部件同样发挥着重要的作用。

图2-4 打磨机器人（左）与锻造机器人（右）

锻造机器人用来替代工人完成上料、翻转、下料等高危险、高强度、简单重复的锻造工序，如图 2-4 右图所示。当前，我国许多锻造企业主要靠人力完成生产任务，生产效率较低，产品质量也不稳定。锻造机器人的应用能有效降低工人的劳动强度，改善工作环境，提高生产自动化程度和生产效率。

3．可怜的巴克特先生

《查理和巧克力工厂》是一部充满了奇幻色彩的电影。善良的小男孩查理·巴克特通过自己的实际行动告诉人们应该如何去善待自己和这个世界。电影中，查理的父亲巴克特先生在一家牙膏厂工作，负责给生产线上的半成品牙膏套上旋盖。巴克特先生就靠着这点微薄的收入养活一家老小，然而他还是失业了。让他失业的不是更优秀的工人，也不是粗暴的老板，而是现代化工厂里的装配生产线。机器人能在很短时间内完成巴克特先生一天的工作量，所以工厂就不再需要巴克特们了。

现实中，还有许许多多的“巴克特先生”，在机器人的“逼迫”下离开了熟悉的工作岗位。在装配这个劳动力密集型的生产工序中，机器人对传统生产模式带来了颠覆式的变革。大量工人坐在一起完成简单重复工作的情形已经不复存在，取而代之的是一只只繁忙的机械手臂。在汽车制造、机电加工、电子产品制造等领域，装配机器人正在热火朝天地发挥