论工业机器人、数控机床和机械手-机床与液压2016
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论工业机器人、数控机床和机械手-机床与液压2016
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２０１６年８月 机床与液压 ．２０１６
Ａｕｇ
第４４卷 第１５期 ．４４ ．１５
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏｌ Ｎｏ
DOI：１０．３９６９／． ．１００１－３８８１．２０１６．１５．００９
ｊ ｉｓｓｎ
论工业机器人、 数控机床和机械手
龚仲华
（常州机电职业技术学院， 江苏常州 ２１３１６４）
摘要： 从专业技术的角度， 对工业机器人和数控机床的作用地位、 目的用途、 结构形态、 技术指标及工业机器人和机
械手的控制系统、 操作编程、 驱动系统等进行了分析和比较， 介绍了三者间的区别。
关键词： 工业机器人；数控机床； 机械手
中图分类号： ６５９ 文献标志码： 文章编号： １００１－３８８１ （２０１６） １５－０３０－３
ＴＧ Ａ
Explain Industrial Robot CNC Machine Tool and Mechanical Arm
ＧＯＮＧ Ｚｈｏｎｇｈｕａ
（ ， ２１３１６４， ）
Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ
Abstract： （ ）
Ｉｔ ｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｂｅｒｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｉｎ
， ， ， ． ，
ｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｔｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｉｅｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄ
， ． ，
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｂｅｔｗｅｅｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｒｍ Ｉｔｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ
．
ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ ａｓｗｅｌｌ
Keywords： ； ；
Ｉｎｄｕｓｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ
0 前言 种作业”， 其主要技术特点可概括如下。
机器人自从１９５９ 年问世以来， 由于它能够协助 可编程。 工业机器人具有独立的控制系统， 它可
人类完成那些单调、 频繁和重复、 长时间工作， 或取 通过编制程序来改变其动作和行为， 具有适应工作环
代人类从事危险、 恶劣环境下的作业， 从而得到了较 境变化的柔性。
快的发展。 工业机器人 （ ， 简称 ） 拟人化。 多数工业机器人在机械结构上有类似人
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ ＩＲ
是用于工业生产环境的自动化设备， 它可替代或部分 类的腰转、 大臂、 小臂、 手腕、 手爪等部件， 并且接
替代人工操作， 起到改善劳动环境、 减轻劳动强度、 受其控制器的控制。 在智能工业机器人上， 还安装有
提高自动化程度和生产率等作用， 近年来已引起国内 模拟生物的传感器， 如模拟感官的接触、 力、 负载、
有关部门及企业的高度重视， 并得到了大力宣传和 光传感器； 模拟视觉的图像识别传感器； 模拟听觉的
推广。 声、 语音传感器等， 它与一定的环境适应能力。
工业机器人、 数控机床、 机械手三者在结构、 控 通用。 多数工业机器人具有一定的、 执行不同作
制、 行为动作等方面有许多相似之处， 以至于非专业 业任务的通用性， 如可通过更换手部的末端操作器
人士很难区分， 甚至有人提出了 “随着自动化大趋 （手爪、 工具等）， 来执行不同的作业任务。
势的发展， 机器人将取代机床成为新一代工业生产的 2 工业机器人与数控机床
基础” 这样偏激的观点。 本文作者将从专业技术的 世界首台数控机床出现于１９５２ 年， 它由美国麻
角度， 通过三者的比较， 来介绍其区别。 省理工学院率先研发成功， 其诞生比工业机器人早７
1 工业机器人的特点 年。 机器人发明人乔治・ 德沃尔 （ ） 最
Ｇｅｏｒｇｅ Ｄｅｖｏｌ
根据国际机器人联合会 （ ） 的定义， 机器人 初所申请的专利， 就是利用数控机床的伺服轴来驱动
ＩＦＲ
分为用于工业生产环境的工业机器人 （ － 连杆机构动作， 然后通过控制器对伺服轴的控制， 来
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏ
） 和服务于人类非生产性活动的服务机器人 实现机器人的功能。 因此， 工业机器人的很多技术都
ｂｏｔ
（ ） 两类。 工业机器人是一种 “能够自 来自于数控机床。
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｒｏｂｏｔ
动定位控制， 可重复编程的， 多功能的、 多自由度的 工业机器人和数控机床的控制系统非常类似，
操作机， 能搬运材料、 零件或操持工具， 用于完成各 它们都有控制面板、 控制器、 伺服驱动等基本部
收稿日期： ２０１５－０５－２３
作者简介： 龚仲华 （１９６２—）， 男， 教授， 教授级高级工程师， 长期从事数控机床与控制技术研究。 － ： －
Ｅ ｍａｉｌ ｇｏｎｇｚｈｏｎｇ
６６６＠１６３． 。
ｈｕａ ｃｏｍ・3 2・ 机床与液压 第４４卷
图３ 工业机器人与数控机床的结构区别
２．４ 技术指标
数控机床是一种加工设备， 定位精度、 轮廓加
工能力和加工精度等是衡量其性能的重要技术指
标。 数控机床的定位精度和加工精度通常需要达到
０．０１ 或０．００１ 的数量级， 甚至更高； 机床
ｍｍ ｍｍ
的轮廓加工能力决定于机床结构， 通常而言， 能同
时控制５轴的机床， 就可满足几乎所有零件的轮廓
加工要求。
工业机器人是用于零件搬运、 装卸、 码垛、 装配
的生产辅助设备， 或是进行焊接、 切割、 打磨、 抛光
等粗加工的设备， 强调的是作业空间、 承载能力和动
作灵活性。 因此， 除少数特殊要求的产品外， 大多数
工业机器人对定位精度和轨迹精度的要求并不高， 通
常只需要达到１ 或０．１ 的数量级。 但是， 工
ｍｍ ｍｍ
业机器人的控制轴数直接决定自由度、 作业空间等关
键指标， 其要求很高； 理论上说， 需要有６个自由度
（６轴） 才能完全描述一个物体在三维空间的位姿，
如需要避障， 还需要有更多的自由度。 此外， 智能工
业机器人需要有一定的感知能力， 故需要配备位置、
触觉、 视觉、 听觉等传感器； 而数控机床一般只需要
检测速度和位置， 因此， 工业机器人的检测技术要求
高于数控机床。
3 工业机器人与机械手 图４ 工业机器人与机械手的区别
用于零件搬运、 装卸、 码垛、 装配的工业机器人 在控制系统上， 工业机器人一般都有独立的控制
功能与生产设备中的辅助机械手类似。 如 标准定 器、 驱动系统和操作界面， 可进行手动、 自动操作和
ＩＳＯ
义的工业机器人为 “自动的、 位置可控的、 具有编 编程， 因此， 它是一种可独立运行的完整设备， 可通
程能力的多功能机械手”， 表明两者存在很多相似 过自身的控制系统来实现所需的功能。 而机械手通常
之处。 是用来实现换刀或工件装卸的辅助装置， 其控制一般
工业机器人与辅助机械手区别如图４所示， 两者 通过设备的控制器 （如 ， 等） 实现， 它没
ＣＮＣ ＰＬＣ
的区别主要体现在控制系统、 操作编程和驱动系 有自身的控制系统和操作界面， 也不能独立运行。
统上。 （下转第９１页）
Ａｕｇ
第４４卷 第１５期 ．４４ ．１５
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏｌ Ｎｏ
DOI：１０．３９６９／． ．１００１－３８８１．２０１６．１５．００９
ｊ ｉｓｓｎ
论工业机器人、 数控机床和机械手
龚仲华
（常州机电职业技术学院， 江苏常州 ２１３１６４）
摘要： 从专业技术的角度， 对工业机器人和数控机床的作用地位、 目的用途、 结构形态、 技术指标及工业机器人和机
械手的控制系统、 操作编程、 驱动系统等进行了分析和比较， 介绍了三者间的区别。
关键词： 工业机器人；数控机床； 机械手
中图分类号： ６５９ 文献标志码： 文章编号： １００１－３８８１ （２０１６） １５－０３０－３
ＴＧ Ａ
Explain Industrial Robot CNC Machine Tool and Mechanical Arm
ＧＯＮＧ Ｚｈｏｎｇｈｕａ
（ ， ２１３１６４， ）
Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ
Abstract： （ ）
Ｉｔ ｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｂｅｒｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｉｎ
， ， ， ． ，
ｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｔｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｉｅｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄ
， ． ，
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｂｅｔｗｅｅｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｒｍ Ｉｔｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ
．
ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ ａｓｗｅｌｌ
Keywords： ； ；
Ｉｎｄｕｓｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ
0 前言 种作业”， 其主要技术特点可概括如下。
机器人自从１９５９ 年问世以来， 由于它能够协助 可编程。 工业机器人具有独立的控制系统， 它可
人类完成那些单调、 频繁和重复、 长时间工作， 或取 通过编制程序来改变其动作和行为， 具有适应工作环
代人类从事危险、 恶劣环境下的作业， 从而得到了较 境变化的柔性。
快的发展。 工业机器人 （ ， 简称 ） 拟人化。 多数工业机器人在机械结构上有类似人
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ ＩＲ
是用于工业生产环境的自动化设备， 它可替代或部分 类的腰转、 大臂、 小臂、 手腕、 手爪等部件， 并且接
替代人工操作， 起到改善劳动环境、 减轻劳动强度、 受其控制器的控制。 在智能工业机器人上， 还安装有
提高自动化程度和生产率等作用， 近年来已引起国内 模拟生物的传感器， 如模拟感官的接触、 力、 负载、
有关部门及企业的高度重视， 并得到了大力宣传和 光传感器； 模拟视觉的图像识别传感器； 模拟听觉的
推广。 声、 语音传感器等， 它与一定的环境适应能力。
工业机器人、 数控机床、 机械手三者在结构、 控 通用。 多数工业机器人具有一定的、 执行不同作
制、 行为动作等方面有许多相似之处， 以至于非专业 业任务的通用性， 如可通过更换手部的末端操作器
人士很难区分， 甚至有人提出了 “随着自动化大趋 （手爪、 工具等）， 来执行不同的作业任务。
势的发展， 机器人将取代机床成为新一代工业生产的 2 工业机器人与数控机床
基础” 这样偏激的观点。 本文作者将从专业技术的 世界首台数控机床出现于１９５２ 年， 它由美国麻
角度， 通过三者的比较， 来介绍其区别。 省理工学院率先研发成功， 其诞生比工业机器人早７
1 工业机器人的特点 年。 机器人发明人乔治・ 德沃尔 （ ） 最
Ｇｅｏｒｇｅ Ｄｅｖｏｌ
根据国际机器人联合会 （ ） 的定义， 机器人 初所申请的专利， 就是利用数控机床的伺服轴来驱动
ＩＦＲ
分为用于工业生产环境的工业机器人 （ － 连杆机构动作， 然后通过控制器对伺服轴的控制， 来
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏ
） 和服务于人类非生产性活动的服务机器人 实现机器人的功能。 因此， 工业机器人的很多技术都
ｂｏｔ
（ ） 两类。 工业机器人是一种 “能够自 来自于数控机床。
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｒｏｂｏｔ
动定位控制， 可重复编程的， 多功能的、 多自由度的 工业机器人和数控机床的控制系统非常类似，
操作机， 能搬运材料、 零件或操持工具， 用于完成各 它们都有控制面板、 控制器、 伺服驱动等基本部
收稿日期： ２０１５－０５－２３
作者简介： 龚仲华 （１９６２—）， 男， 教授， 教授级高级工程师， 长期从事数控机床与控制技术研究。 － ： －
Ｅ ｍａｉｌ ｇｏｎｇｚｈｏｎｇ
６６６＠１６３． 。
ｈｕａ ｃｏｍ・3 2・ 机床与液压 第４４卷
图３ 工业机器人与数控机床的结构区别
２．４ 技术指标
数控机床是一种加工设备， 定位精度、 轮廓加
工能力和加工精度等是衡量其性能的重要技术指
标。 数控机床的定位精度和加工精度通常需要达到
０．０１ 或０．００１ 的数量级， 甚至更高； 机床
ｍｍ ｍｍ
的轮廓加工能力决定于机床结构， 通常而言， 能同
时控制５轴的机床， 就可满足几乎所有零件的轮廓
加工要求。
工业机器人是用于零件搬运、 装卸、 码垛、 装配
的生产辅助设备， 或是进行焊接、 切割、 打磨、 抛光
等粗加工的设备， 强调的是作业空间、 承载能力和动
作灵活性。 因此， 除少数特殊要求的产品外， 大多数
工业机器人对定位精度和轨迹精度的要求并不高， 通
常只需要达到１ 或０．１ 的数量级。 但是， 工
ｍｍ ｍｍ
业机器人的控制轴数直接决定自由度、 作业空间等关
键指标， 其要求很高； 理论上说， 需要有６个自由度
（６轴） 才能完全描述一个物体在三维空间的位姿，
如需要避障， 还需要有更多的自由度。 此外， 智能工
业机器人需要有一定的感知能力， 故需要配备位置、
触觉、 视觉、 听觉等传感器； 而数控机床一般只需要
检测速度和位置， 因此， 工业机器人的检测技术要求
高于数控机床。
3 工业机器人与机械手 图４ 工业机器人与机械手的区别
用于零件搬运、 装卸、 码垛、 装配的工业机器人 在控制系统上， 工业机器人一般都有独立的控制
功能与生产设备中的辅助机械手类似。 如 标准定 器、 驱动系统和操作界面， 可进行手动、 自动操作和
ＩＳＯ
义的工业机器人为 “自动的、 位置可控的、 具有编 编程， 因此， 它是一种可独立运行的完整设备， 可通
程能力的多功能机械手”， 表明两者存在很多相似 过自身的控制系统来实现所需的功能。 而机械手通常
之处。 是用来实现换刀或工件装卸的辅助装置， 其控制一般
工业机器人与辅助机械手区别如图４所示， 两者 通过设备的控制器 （如 ， 等） 实现， 它没
ＣＮＣ ＰＬＣ
的区别主要体现在控制系统、 操作编程和驱动系 有自身的控制系统和操作界面， 也不能独立运行。
统上。 （下转第９１页）
