为实现灵活的动作，工业机器人由一个或多个运动链组成。运动链是由两个或两个以上的连杆通过关节连接而构成的具有相对运动的结构，有开式链、闭式链两种类型。关节是为运动链提供运动能力的关键，决定了运动的速度、方向和角度，分为移动关节和转动关节。移动关节可以实现两个连杆之间的相对平移，而旋转关节可以实现两个连杆之间的相对转动。在开式运动链中，每一个关节都提供一个自由度；而在闭式运动链中，由于闭环带来的约束，自由度要少于关节数。连杆是用来连接关节的组件，可以有效地将关节的运动传送到运动链的其他部分，通常由刚性材料制成。手腕起到连接运动链和末端执行器的作用，传递运动链的运动并支撑末端执行器的安装。末端执行器是机器人最末端的部分，主要用于实现机器人的应用功能，可以依据需要选择钻头、喷枪、焊枪、真空吸头、机械夹具、传感器等。
通常，机器人末端执行器需要满足直角坐标系中３个方向的位置要求和相对于３个坐标轴的角度要求以便在三维空间中运动，即具备６个自由度。对于某些不需要６个自由度的场景，应在满足要求的前提下尽量减少机器人的自由度，以便降低复杂程度，压缩制造成本。有些机器人的工作环境复杂，在工作时需回避障碍，可能需要具有７个或７个以上的自由度，被称为具有“冗余自由度”的机器人。
机器人工作过程主要包括以下六个环节。（1）传感器感知：编码器、位移传感器、力传感器等传感器感知机械臂当前的位置、速度和姿态信息并反馈给控制系统。（2）运动规划：控制系统根据预设的任务要求和运动规划算法，计算出机械臂需要实现的轨迹和动作。（3）控制指令发送：控制系统将计算出的控制指令发送给驱动系统，驱动系统根据指令控制各个关节的运动。（4）关节运动：每个关节根据接收到的控制指令执行旋转或平移运动。通过多个关节的协调运动，实现复杂的轨迹和姿态变化。（5）末端执行器操作：末端执行器根据任务需求进行抓取、放置、装配等操作。（6）实时控制和调整：控制系统不断接收传感器反馈的数据，并实时调整控制指令，以保持机器人的稳定性和精度，适应不同工作环境和工件特性。
（二）工业机器人的分类
工业机器人从结构上可划分为串联机器人、并联机器人和串并联混合机器人三大类。串联机器人是从基座开始由连杆和关节顺序连接而构成的开式链机构。串联机器人通常采用分布式控制方法，即每个关节有各自的控制器，根据任务需求独立控制自身运动。这种方式使得串联机器人具有结构简单、工作空间大、灵活性和可编程性高等优点，适用于对灵活性需求较高的任务。但由于串联机器人为悬臂结构，每个关节都需要支撑后继部件的重量，有效载荷重量比和刚度较低，累积的关节误差和连杆挠度使得精度降低。驱动电动机及传动系统等大量部件的串联增加了惯性，使其动力性能变差。因此对于一些要求高精度和稳定性的应用来说，其性能相对较差。根据杆件之间联结的运动副的不同，串联机器人可分为多关节机器人、SCARA机器人、直角坐标机器人和圆柱坐标机器人。
并联机器人是动平台和静平台通过至少两条独立的运动链相连接而构成的闭式链结构。通过主臂带动副臂运动，从而改变各个支链的运动状态，使整个机构具有多个可以操作的自由度。并联机器人通常采用集中式控制方法，即通过中央控制器控制所有关节的运动。这种方式使得并联机器人的运动协调一致、同步性较高。并联机器人有工作空间有限、灵活度低和工作空间内部有奇点等缺点，但同时也具有无累积误差、精度和稳定性高的优点。由于负载是由多个运动链分担，因此机器人具有比较高的刚性。驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，运动部分重量轻、速度高、动态响应好。因此，并联机器人适用于需要高精度、高执行效率和高负载能力的任务，与串联机器人互补。并联机器人种类多样，形式复杂，根据自由度差异，可分为2-6自由度机器人，Stewart机器人和Delta机器人是典型的代表。
除了单纯的串联和并联外，还有串并联混合机器人。它是在并联机器人的基础上添加了一个灵巧的串联关节。
各种类型机器人的主要对比如下：
二
工业机器人的驱动因素
（一）机器替人
伴随着全球主要经济体持续的低出生率和婴儿潮一代即将退休，人口老龄化和劳动力成本上升已成为不可逆趋势，成为机器人产业加速发展的催化剂。根据联合国《世界人口展望：2019年修订版》的数据显示，到2050年，全世界每6人中就有1人年龄在65岁以上，全球人口正步入老龄化阶段。作为全球人口最多的国家之一，我国劳动力人口比例在2011年达到拐点，2021年65岁以上人口占总人口比例达到11.2%，且2022年我国首次人口负增长，人口红利逐渐消失，将持续面临人口长期均衡发展的压力。2014-2021年我国城镇制造业就业人数从5243万人下降至3828万人，同时制造业人均薪酬从5.15万元/年增长至9.20万元/年，制造业务面临着劳动成本快速上涨的挑战。随着技术的进步，自动化装备的成本越来越低，稳定性也比人工更高。企业为了降低成本、提升质量，会进一步提高自动化率，应用越来越多的工业机器人及自动化生产设备。
（二）技术迭代
底层技术的成熟与融合不断拓展工业机器人的应用广度，提升工业机器人智能化、网络化和交互水平，不同技术对工业机器人的推动作用不同。机器视觉能实现自动路径规划，促进机器人智能化，对机器人能力提升至关重要。云计算和边缘计算可助力工业机器人具有更高的算力、数据存储能力，进而不断完善自身的学习能力，甚至可以学习和共享其他机器人的能力。AR/VR有助于工业机器人的人机交互能力，自然的交互具有降低使用门槛、方便现场实施、提高运维和管理效率等效能，还可保证特殊情景下的安全性。物联网助力工业机器人与产线上的其他设备之间的互联互通，未来还有望实现工业机器人之间的互联互通。机器人将会是人工智能技术全面爆发重要变量，逐渐进入颠覆式的阶段，成为一个集大数据、云计算、人工智能为一体的产品，未来在更多的应用场景加速应用，“机器人+”时代来临。
（三）政策推动
近年来国家对于机器人产业的重视程度愈发提升，不断出台政策大力支持工业机器人发展。改革开放后，制造业虽进入上升期，但受限于物质和科研条件，早期工业机器人研究由少数科研院所承担，政策支持力度小。加入世贸组织后，我国技术明显落后，外资加速在华布局，这时期我国政策主要是支持引进海外先进技术和设备，鼓励国内龙头企业定点突破核心技术。随着2015年《中国制造2025》的推出，智能制造被列为推动新一代信息技术与制造技术融合发展的主攻方向，这时期政策的综合性明显增强。中央及地方通过设立行业标准、优化营商环境、建立创新中心等多项措施来推进工业机器人实现国产替代，扩大海外市场份额。“十四五”规划提出，我国计划2025年整机综合指标达到国际先进水平，关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平，2035年产业综合实力达到国际领先水平。2023年1月，工信部等17部门发布《“机器人+”应用行动实施方案》，方案制定了到2025年我国制造业机器人密度较2020年实现翻番的目标。
三
工业机器人市场规模
（一）全球市场规模
（二）国内市场规模
中国工业机器人市场发展迅猛，尤其是随着工业自动化进程的加快以及智能制造的深入，机器人应用领域不断拓展。自2013年起，我国发展成为全球工业机器人的第一大市场，且增长仍在持续，全球占比不断提高。根据IFR公布的数据，2021年中国机器人安装量达26.8万台，相当于全球其他地区安装的所有机器人总和，同比高增51%，五年复合增速达23%。M2预计，未来五年内中国工业机器人市场将继续保持25％以上的增长速率，渗透率仍有翻倍空间。中国工业机器人市场从2010年开始进入快速发展期，工业机器人被广泛应用于各种劳动密集型行业，至今已经有10多个年头。工业机器人的使用寿命通常为10年，国产工业机器人寿命会更短一些。这就意味着最初使用工业机器人的生产线已经需要升级换代，工业机器人的存量市场更新也将成为拉动市场增长的一大动力。
我国工业级机器人产销规模也保持稳健增长。根据国家统计局数据，我国工业机器人产量2021年为36.6万套，2022年为44.3万套，同比增长21%，整体产能趋势仍在扩张阶段。销量方面，中国工业机器人销量全球占比逐年提升，从2011年14%提升至2021年49%。MIR睿工业数据显示，2022年我国工业机器人销售规模预计为30.3万台，同比增长18.2%。
四
总结及展望
参考文献
[1]中邮证券《自主可控强化顺周期，成长赛道聚焦新技术》,2023.