文|伯朗特机器人

工业机器人，由于其能代重复性、繁琐性、危险性的工作，而备受工业4.0时代的生产企业的欢迎。别怀疑，工业机器人不止会被应用在大型生产企业，甚至一些小作坊，也已经用上它，就是要比同行对手快。

但是，工业机器人是一门水很深的行业，价格五花八门，有动辄几十万的四大家族，也有性价比高的国产机器人，用什么工业机器人，取决于作业需要匹配的机器人性能。

由于工业机器人的结构、用途和要求不同，机器人的性能也有所不同。一般来说，工业机器人制造商会给产品附上一份主要技术参数说明，当然，资料的信息特别多，一般包括：控制轴数、承载能力、工作范围、运动速度、位置精度、安装方式、防护等级、环境要求、供电电源要求、机器人外形尺寸与重量等与使用、安装、运输相关等参数。

但是，要看机器人的性能，主要看这五个参数：

1.机器人的工作范围

工业机器人的工作范围是指机器人手臂或手部安装点所能到达的空间区域，通常以机器人臂末端安装板中心为参考点，不包括末端执行器（如夹具、焊枪等）的尺寸和形状。这一范围决定了机器人在执行任务时能够覆盖的最大区域，是衡量机器人性能的重要指标之一。

工业机器人的工作范围受多种因素影响，包括机械臂的长度、关节数量、关节角度范围以及自由度等。例如，臂长越长的机器人可以覆盖更广阔的空间，而关节数量和角度范围则直接影响其灵活性和运动范围。此外，机器人的控制系统、负载能力以及工作环境的安全限制也会影响其工作范围。在实际使用时，要考虑安装末端执行器后可能产生的碰撞。

另外，关于工作范围，还需要考虑机器人的奇异点问题。

在数学上的意义上，奇异点是不满足整体性质的个别点。由于机器人位置控制采用的是逆运动学，使得正常工作范围内的某些位置存在多种实现的可能，这就是奇异点。根据美国机器人工业协会标准的定义，机器人奇点是“由两个或多个机器人轴的共线对准所引起的、机器人运动状态和速度不可预测的点”。

常见的工业机器人奇异点类型及其具体位置如下：

腕部奇异点：发生在第4轴和第6轴共线时，此时腕关节的两个轴会尝试同时旋转180度，导致运动学模型失效。机器人运到到此位置后，四轴坐标系、五轴坐标系、六轴坐标系在一条直线上，导致机器人自由度减少。在这个位置强行让机器人做平移运动可能会导致机器人四轴瞬间转180°，只需将机器人五轴关节往正方向或者负方向转动一定角度避开这个点即可。

腕部奇异点

肩部奇异点：机器人运到到此位置后，五轴坐标系原点和一轴坐标系原点在一条直线上，导致机器人自由度减少。在第1轴与腕关节中心的轴线对齐时，此时肩关节的两个轴会尝试同时旋转180度，规避方法就是把二轴关节往负方向转动避开这个点即可。

肩部奇异点

肘部奇异点：发生在第2轴和第3轴的旋转平面与腕关节中心的轴线共面时，肘关节被锁定在某一位置。机器人运到到此位置后，一轴坐标系、二轴坐标系和五轴坐标系在一条直线上，导致机器人自由度减少。这个位置上，机器人位置被锁定，无法进行平移等轨迹运动，只需要把二轴关节往正方向移动或者把三轴往负方向移动，避开这个点即可。

肘部奇异点

2.机器人的承载能力

承载能力是指机器人在工作范围内任何位置上所能承受的最大质量，这一指标是衡量机器人性能的重要参数之一。根据不同的应用场景和需求，工业机器人的承载能力差异较大，通常以负载质量（kg）为单位进行衡量。

承载能力不仅取决于负载的质量，还与机器人的运行速度、加速度以及末端操作器的质量密切相关。例如，在高速运行时，为了安全起见，通常以机器人在高速运行时所能抓取的最大物体重量作为承载能力的指标。此外，机器人臂杆的长度、结构强度、驱动系统（如电机和减速机）的功率等也会影响其承载能力。

一般来说，产品技术参数上面所提供的承载能力是指不考虑末端执行器、假设负载重心位于手腕参考点时，机器人高速运动可抓取的物品重量。因此，在设计应用方案时，还需要考虑末端执行器的重量。像焊接、切割等加工机器人无需抓取物品，那机器人的承载能力，是指机器人所能安装的末端执行器质量。切削加工类机器人需要承担切削力，其承载能力通常是指切削加工时所能够承受的最大切削进给力。

3.自由度

工业机器人的自由度（DOF，Degree of Freedom）是指机器人机构中能够独立运动的关节数目，是衡量机器人灵活性和功能性的重要指标。自由度通常以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示每个关节对应一个自由度，每个自由度通常对应一个独立的轴，因此自由度数等于机器人的关节数量。

在工业机器人领域，自由度的设计根据具体用途而定，一般范围为3到6个自由度，但也有特殊应用需要更多或更少的自由度。例如，常见的六轴机器人因其灵活性广泛应用于汽车制造、电子组装等领域，而四轴SCARA机器人则专注于平面内的精密操作。

4.运动速度

工业机器人的运动速度是指机器人在执行任务时的运动速率，通常以每秒的角度数（DPS）或线速度（mm/s）来衡量。一般来说，机器人的运动速度主要是看关节速度，即机器人各关节的旋转速度，通常以度/秒（°/s）为单位。运动速度决定了机器人的工作效率，它是反映机器人性能水平的重要参数。

当然，运动速度不是越快越好的，这还是需要看在什么应用场景，比如，一个焊接机器人在进行汽车车身的焊接工作时，如果焊接速度过快，可能会导致焊缝质量下降，出现未焊透、焊缝不均匀等问题；而如果速度过慢，则会降低生产效率，增加生产成本。当然，运动速度时可以调节的。

5.定位精度

工业机器人的定位精度是衡量其性能的重要指标之一，通常分为重复定位精度和绝对定位精度两个方面。

重复定位精度是指工业机器人在多次重复执行同一任务时，其末端执行器能够到达目标位置的精度。这一指标反映了机器人在相同条件下的一致性。例如，电子制造用高速高精度工业机器人具有±0.02mm的重复定位精度。

绝对定位精度是指机器人末端执行器实际到达的位置与理论目标位置之间的偏差。这一指标通常低于重复定位精度，因为绝对定位精度受到机械误差、控制算法误差以及系统分辨率的影响。多数情况下，重复定位精度高于绝对定位精度，这是因为重复定位精度主要依赖于机器人关节减速器和传动装置的精度，而绝对定位精度则受到更多初始条件和环境变量的影响。

以上，就是看工业机器人性能的五个重要参数，一般都会写在工业机器人的产品说明书上面，掌握这些基础知识，就会对工业机器人的性能有个大概的了解。