1.2 机器人的类别

广义上，机器人可以分为工业机器人和非工业机器人，在制造业中，工业机器人甚至已经成为不可少的核心装备，世界上有近百万台工业机器人正与工人并肩工作。机器人的出现是社会和经济发展的必然，工业机器人的高速发展提高了社会的生产水平和人类的生活质量。从应用环境出发，可以将非工业机器人进一步分类：服务机器人可以为人们完成治病、保健、保洁、保安等工作；水下机器人可以帮助人们打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹等。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求完成质量很高，人类难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些人类无法身临其境的工作，比如火山探险、深海探秘、空间探索等；有些工作不适合人类去干，比如在一些恶劣的环境中完成一些枯燥单调，且需重复性劳作等，这些人类干不了或干不好的工作领域变成了机器人大显身手的舞台。

1.2.1 机器人分类

目前，国际上通常将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类，见表1-1。

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科的先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

1.2.2 工业机器人的分类

1.工业机器人按臂部的运动形式分类

（1）直角坐标型 直角坐标型机器人的臂部可沿三个直角坐标移动。臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，即臂部可以前后伸缩（定为沿X轴方向的移动）、左右移动（定为沿Y轴方向的移动）和上下升降（定为沿Z轴方向的移动），如图1-4所示。

（2）圆柱坐标型 圆柱坐标型机器人的臂部可做升降、回转和伸缩动作。手臂可以沿直角坐标轴的X轴和Z轴方向移动，又可绕Z轴回转（定为绕Z轴转动），即臂部可以前后伸缩、上下升降和回转，如图1-5所示。

（3）球坐标型 球坐标型机器人的臂部能回转、俯仰和伸缩。臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可以绕Y轴和Z轴转动，即手臂可以前后伸缩（沿X轴方向移动）、俯仰（定为绕Y轴摆动）和回转（定为绕Z轴转动），如图1-6所示。

（4）关节型 关节型机器人的臂部有多个转动关节，其臂部可分为小臂和大臂。小臂和大臂的连接（肘部）以及大臂和机体的连接（肩部）均为关节（铰链）式连接，即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动，如图1-7所示。

2.工业机器人按功能用途分类

（1）焊接机器人 焊接机器人是从事焊接工作的工业机器人，如图1-8所示，就是在工业机器人的连接法兰上装接焊钳或焊（割）枪，使之能进行焊接，切割或热喷涂。其又可分为点焊机器人、弧焊机器人。

点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成。为了适应灵活动作的工作要求，点焊机器人通常选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种，其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产，在该领域，国际大型弧焊机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主，可以根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。焊接机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具（或称末端执行器），如图1-9所示。

（2）搬运机器人 搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人，又可分为码垛机器人、分拣机器人、自动导向车（AGV）、冲压锻造机器人。

码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物，为现代生产提供了更高的生产效率。其在码垛行业有着相当广泛的应用，因其运作灵活精准、快速高效、稳定性高、作业效率高，所以大大节省了劳动力，节省了空间。码垛机器人的安装占用空间灵活紧凑，使在较小的占地面积范围内建造高效节能的全自动砌块成型机生产线的构想变成现实，如图1-10所示。

分拣机器人是一种具备了传感器、物镜和电子光学系统的机器人，可以快速进行货物分拣，如图1-11所示。

自动导向车（AGV），通常也称为AGV小车，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，如图1-12所示。AGV不需要驾驶员，以可充电的蓄电池为其动力来源，一般可以通过计算机来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道（Electromagnetic Path-Following System）来设立其行进路线，电磁轨道粘贴于地板上，自动导向车则依靠电磁轨道所带来的信号进行移动与动作。

冲压锻造机器人由先进的计算机及程序自动控制，能完全代替人工，完成锻造生产过程中的连续上料、翻转、下料等危险性高、简单重复性、劳动强度高的工作，同时能有效降低劳动强度及危险性，提高生产自动化程度，提高生产效率。

搬运机器人可以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大幅减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人被广泛应用于机床上/下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱自动搬运等工作中。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。

（3）装配机器人 装配机器人又可分为包装机器人、拆卸机器人。包装机器人是指在包装工业中包装输送用的机器人。比如在瓶体包装流水线中，利用动力和特殊的构件实现瓶体（空瓶）的输送，将包装瓶单件快速输出排列，然后给予一个特定（方向、大小）的力，使瓶体准确地在空中经过抛物线路径到达充填工位。这种机器人改变了传统的输瓶机构，使得输送速度加快，输送空间减小，是一种全新概念的包装机器人。它借助空气动力学和特殊机械构件实现输送作业，如图1-13所示。

与一般工业机器人相比，装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器制造（包括家用电器，如电视机、录音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器）、小型电机、汽车及其部件、计算机、玩具、机电产品及其组件的装配等方面，装配机器人的工作过程如图1-14所示。

（4）处理机器人 处理机器人又可分为切割机器人、研磨和抛光机器人，如图1-15所示。处理机器人综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，能在有害环境下工作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域。

（5）喷涂机器人 喷涂机器人是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，如图1-16所示，可分为有气喷涂和无气喷涂。有气喷涂机器人也称低压有气喷涂，喷涂机依靠低压空气使油漆在喷出枪口后形成雾化气流作用于物体表面（墙面或木器面）。有气喷涂相对于传统手工喷涂而言，具备无刷痕的优点，而且平面相对均匀，单位工作时间短，可有效地缩短工期。但有气喷涂有飞溅现象，存在漆料浪费，在近距离查看时，可见极细微的颗粒状。一般有气喷涂采用装修行业通用的空气压缩机，相对而言可一机多用、投资成本低，市场上也有抽气式有气喷涂机器人、自落式有气喷涂机器人等专用工业机器人，如图1-17所示。

无气喷涂机器人可用于高黏度油漆的施工，而且边缘清晰，甚至可用于一些有边界要求的喷涂项目，如图1-18所示。视机械类型，其可分为气动式无气喷涂机器人、电动式无气喷涂机器人、内燃式无气喷涂机器人、自动喷涂机器人等多种。另外要注意的是，如果对金属表面进行喷涂处理，最好是选用金属漆（磁漆类）。

较为先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动。其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示教来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等生产。

1.2.3 服务机器人的分类

服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会（IFR）经过搜集整理，给予服务机器人一个初步的定义：“服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。”这里，把其他一些贴近人类生活的机器人也列入其中。

1.个人/家用机器人

个人/家用机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭服务、监护等工作。按照应用范围和用途的不同，家用机器人有不同类型：家庭作业机器人、娱乐休闲机器人、残障辅助机器人、住宅安全和监视机器人等，如图1-19和图1-20所示。

2.专业服务机器人

专业服务机器人主要从事维护、保养、修理、运输、清洗、保安、救援等工作，可大致分为场地机器人、专业清洁机器人、医用机器人、物流用途机器人、检查和维护保养机器人、建筑机器人、水下机器人、营救和安全机器人等，如图1-21所示。