12大主流工业机器人应用：提升效率与安全
工业机器人已成为全球工厂、仓库及各行业常态。探索它们当前的多元化应用方式。
机器人用例已达数百种。本文汇总最常见的12大类应用。
每大类含多个子类。例如“机加工与切割”下含机床看护上下料、铣削、钻孔机器人等。
目录：
- 装配与点胶
- 搬运与拾取
- 机加工与切割
- 焊接与钎焊
- 铸造与成型
- 精加工与打磨
- 喷涂与涂层
- 清洁与卫生
- 物流与仓储
- 包装与码垛
- 检测与质控
- 采收
- 如何寻找合适的机器人方案
适合机器人的任务清单远不止这些。大部分概览见下图：
装配与点胶
将小零件装配成大部件是制造关键环节。过去仅靠人类灵巧度、视觉和智力完成。近年技术进步让机器人能胜任许多此类任务。因装配常需胶粘剂，胶粘剂点胶机器人成相关技术。
装配机器人通常固定地面或悬吊，不可移动。多为XYZ/笛卡尔结构，高阶系统采用六轴机器人，运动更自由。
装配机器人
汽车业最早采用工业机器人装配。如今应用远超汽车。高速小零件机器人装配需求增长，其精度和速度常超人工，实现更高吞吐量和精度。
点胶机器人
点胶机器人在多种应用中涂覆胶粘剂和密封剂：粘接部件、封装密封等。小型胶水/环氧树脂点胶需紧凑高速机器人；汽车等大型应用用大负载机器人。
同类还包括钉钉/订书机器人、铆接机器人、拧螺丝机器人、布线穿线机器人。
搬运与拾取
仓库内货物搬运、从料箱拾取放入发货箱的机器人属此类。电商兴起催生巨大且持续增长的拣选履约机器人需求。
物料搬运机器人
工厂仓库最常见任务是货物搬运。研究显示许多产线工人大部分时间在走路、推车、驾驶叉车，属低增值活动，极适合自动化。
无人叉车日益普及。除减少搬运人力，还关乎安全：全球每年数百人死亡、数千人受伤源于叉车。无人叉车多传感器融合可预防事故。
AMR含大型无人车辆和小型手推车。仓库中AMR常将货物从拣选区送至包装工位。传送带长期用于厂内物流，但柔性差、重新配置昂贵耗时。AMR建图后可自主点对点运输、自主避障，极度灵活。
液体处理机器人
医学样本检测、液体成分分析、生物实验每日需大量重复移液。移液指吸取微量液体精准转移至另一容器。
实验室/医疗技术人员每日数小时做移液，重复枯燥且易出错。
制药企业需精准分装液体生产眼药水、鼻喷剂等液体制剂。
液体处理机器人自动化上述流程，实现更高吞吐量、更高精度、更好追溯性。
拾取放置机器人
制造业最常见机器人应用。可上下料机床、从流水线取件放入料箱/发货箱、将无序零件分拣有序。
适用于变量少的场景：同类零件流下产线，需放入托盘、堆叠或排序。
因待搬运物品种类少，末端执行器(EoAT)选型简单。制造环境中工件尺寸、形状、纹理、重量预定，夹爪可针对性优化，夹持力易确定。
订单拣选机器人
仓库/配送中心需从货架/料箱拣选指定物品装箱发货。过去需人工找货、拣取、放置。
作为全自动过渡，AMR可在人工拣选后接管运输至包装工位。或采用“货到人”模式：AMR托起整排货架送至固定工位人员拣选。YouTube上有大量亚马逊此类机器人辅助拣选视频。
全自动机器人拣选被称为“拣选圣杯”。此类机器人极其复杂，近年才问世。因遇到物品种类惊人：设计能抓取棒球帽、薯片袋、哑铃、聚乙烯袋的夹爪极具挑战。机器人需应对重量、形状、尺寸、朝向、纹理的近乎无限变化；根据易碎度、重量调整夹持力；根据物品摆放姿态改变抓取角度。
AI、计算机视觉和新型夹爪进步，正让全自动拣选成为现实。
同类还含码垛机器人、卡车装卸机器人、集装箱清空机器人、拆垛机器人。
机加工与切割
制造/机床车间有许多重复作业可用机器人自动化。
机床看护与上下料机器人
机床看护机器人将毛坯装入机床、加工完成后取出成品。典型循环：机械臂从托盘抓取毛坯、装入机床、等待加工完成、取出成品放回原托盘或另一托盘。
自动化机床理由多：看护上下料高度重复枯燥，人易分心导致工伤；常涉粉尘、有害烟雾、微粒等恶劣环境。机器人看护降低/消除操作员受伤风险，并大幅提升吞吐量、重复精度和质量。
铣削机器人
从毛坯切削成型成成品是最常见核心工业操作。CNC（计算机数控）自1960年代起让铣床自动化程度大增。
铣削机器人将CNC自动化推进新高度：自动换刀、无人值守。机器人铣削提升精度和柔性、减少废品、改善工人安全。改善工况助员工留任。
钻孔机器人
人工钻孔劳累危险。机器人钻孔精度更高、重复性更好。吞吐量提升，工人解放从事更有价值工作。
铣削和钻孔相似：EoAT均为旋转切削刀具。故两操作常合并单机：机械臂自动换刀在铣削/钻孔间切换。
柔性例证：“攻丝”工序。金属加工常需孔内切螺纹（攻丝）。钻孔机器人可钻孔后换刀攻丝。
激光切割机器人
许多应用中激光切割优于机械切割：材料变形风险更低，精度更高（激光束不因使用而钝化）。
某些材料不靠激光难以甚至无法切割。首台生产用激光切割机即用于钻金刚石模具孔。
激光功率提升使切割更厚材料成为可能。但切厚钢板等场景等离子切割可能更具成本效益。
等离子切割机器人
等离子切割源于等离子焊（1960年代），1980年代成切割薄板/钢板有效手段。优于传统“金属对金属”磨料法：无金属屑、切口更精准边缘更洁净。早期受限于CNC仅两轴运动，多局限于板材切割。
机器人等离子切割系统提供六自由度运动，操作极灵活，可实现复杂切割。
水射流切割机器人
水刀切割顾名思义用高压水射流切割多种材料。喷嘴可小至0.002英寸(0.051mm)，可高精度切割圆形、锐利内角。
软性材料(塑料、橡胶、木材)纯水射流即可；硬性材料(金属、石材、玻璃)加磨料。优势：无“热影响区”，对易热变形材料至关重要。
机械臂水刀切割可创建精密复杂工件。六自由度机器人可从任意角度切割，赋予用户极大灵活性。
机械臂控制水刀可提升质量、重复性、生产率。
同类还含切断机器人、冲孔机器人、切槽机器人，及冲孔、啃切、切缺、冲孔、修边等机器人。
焊接与钎焊
电弧焊机器人
电弧焊利用电热将金属熔融至熔点，冷却后永久气密连接。灵活适配平板、管材、棒材，焊缝可位于工件任意表面，适用铜、铝、铜合金等多种金属。可户外作业（MIG焊不宜户外）。
高温作业需护目镜、专用手套等防护装备。
众多电弧焊任务可机器人自动化，机器人电弧焊快速增长。现约20%工业机器人焊接应用为电弧焊。机械臂电弧焊带来更高重复精度，降低操作员受伤风险。
点焊机器人
点焊用电极夹紧薄钢件通电连接。速度快、均匀高效、成本低、节能，常用于装配线。不适合厚金属（穿透力不足无法形成牢固结合）。
机器人点焊广泛用于汽车业，大幅提升产速、重复精度和质量，改善工人安全。
MIG焊机器人
MIG焊三要素：电热、填充焊缝的焊丝电极、保护惰性气体隔绝空气。焊丝从线盘送丝，操作员监控用量。填充金属连接两工件。
MIG焊一般不宜户外（风吹干扰保护气）。
机器人MIG焊实现更高生产率、更低成本、更好工人安全。
激光焊机器人
激光焊用激光束连接工件。区别于电弧焊用填充金属，激光焊形成直接金属-金属结合。焊缝比电弧焊洁净得多。电弧焊留下熔渣(多余填充金属硬化)需打磨/锉除。激光焊后处理少得多。
激光焊不适合厚重件，非所有金属均可激光焊。但MIG焊与激光焊可组合成激光复合系统突破此限。
激光束宽度、熔深、路径速度均可精准控制，极适合自动化。
钎焊机器人
钎焊将熔融填充金属(焊料)填入接头连接工件。填充金属熔点低于工件。区别于焊接，钎焊不熔融基体金属。
钎焊提供可逆的较永久结合(重熔焊料可拆解)。应用：管道铜管、电子、珠宝、医疗器械。
机器人钎焊站从小型台式站(低产量)到大型高速系统。机器人系统提升生产率、精度、重复性。
同类还含钎焊机器人、电阻焊机器人、固相焊机器人，及扩散焊、摩擦焊、磁脉冲焊、电子束焊、红外焊等机器人。详见机器人焊接专文。
铸造与成型
铸造指将液态金属注入模具型腔成型金属件。成型类似但材料多为塑料(也可其他)，通常比铸造快。
压铸机器人
压铸适合同时制造许多复杂精细工件，但通常不造大件。高熔点材料(钢)不宜压铸。常用锌、铜、镁。
机械臂自动化：从模具取件、放入冷却水槽、切除飞边/余料、放上传送带。出模件高温通常水冷。带锯切除余料。这些工序让操作员暴露于危险。机器人作业更安全、少疲劳，提升吞吐量和生产率。
注塑机器人
注塑高产量下精度高。模具制造成本高。
机器人自动化注塑：脱模、修边去飞边、废料处理、成品放入料箱/传送带。同压铸一样，机器人提升生产率和安全性。
同类还含离心铸造、连续铸造、消失模铸造、金属型铸造、砂/石膏型铸造、壳型铸造、真空成型机器人。
精加工与打磨
钻孔、铸造、压铸、焊接等工序常留余料或产生毛刺/锐边。必须去除以达成成品要求，此即精加工与打磨任务。
去毛刺机器人
去毛刺用特制旋转刀具去除工件余料。通常工件固定，去毛刺机器绕工件运动。人工去毛刺重复枯燥累人。机器人不疲劳，更快、更精准、更一致。
磨削机器人
工业磨削去除工件多余/不需要材料。多数应用中磨床固定，工件移动以不同角度、压力接触磨削面达成目标。
机械臂重复、精准、不疲劳地执行磨削。
抛光机器人
抛光创造光滑/光亮表面。或用软布/抛光盘(抛光金属/塑料)；或用磨料(玻璃、石材)从粗到细渐进。
机器人抛光可精准控制施力、高精度复现动作，得一致高质结果。
喷涂与涂层
工业喷涂涂层指给工件涂漆/涂层。制造中工件形状尺寸明确，喷涂涂层高度重复。
故极适合机器人自动化。结果一致高质，机器连续作业无休息，仅定期维护停机。机器人化让工人免受有害烟雾/飞溅漆雾，提升安全。
喷涂机器人
新进入者含建筑/装修用喷涂机器人。有电池供电用于新建墙面喷涂，有外部供电配软管供漆。机器人喷涂速度达人工30倍，结果更一致。
建筑喷涂机器人可免搭脚手架降低高层喷涂成本。用吸附爬墙，可喷涂也可滚涂/刷涂。
喷漆机器人
工业喷漆机器人在汽车制造用数十年。早期液压驱动重且贵。现代喷漆机器人轻量低成本，中小企业也能负担。工业喷漆机器人精准控制喷头与工件距离、喷嘴移动速度(避免流挂/滴漆)、压力流量精准调节，保证高质量结果。
涂层机器人
工业涂层种类繁多：防护性、装饰性、赋予特殊性能(电阻、防滑、不粘等)。
此类涂层工艺通常可机器人自动化，因机器人运动可精准控制。相较人工，机器人具一致性、精度、速度优势。
同类还含砂带、喷砂、磁场辅助精加工、抛丸、镜面抛光、研磨、刃磨、振动精加工、电镀、主轴精加工机器人。
清洁与卫生
保持工业设施洁净关乎产品质量、人员安全卫生。清洁常重复枯燥，机器人清洁应用日增。
清洁机器人
工业扫地/洗地机器人可自主巡航清洁。内置地图和传感器避障(人、叉车、家具等)。
部分专攻湿式清洁(含打蜡)，部分用刷聚集碎屑。
消毒机器人
自主移动消毒机器人已商业化。可安全穿行走廊、智能避障。有用机械臂物理接触表面携带清洁液者；有用紫外线(UV)辐射消毒者。
工业吸尘机器人
工业吸尘机器人自动清除粉尘碎屑。部分具自动倒尘区，将收集的污物倒入容器/滑槽。降低人工成本、彻底可靠清洁是优势。
物流与仓储
仓库机器人
仓库/配送中心机器人可自动化订单拣选、包装、分拣、贴标、运输等多任务。2021年估计超80%仓库未用自动化/机器人，将快速改变。AGV和AMR是仓库/配送中心货物运输中增长最快的机器人品类。
配送机器人
商用配送机器人形态多样、功能各异。有城市外卖配送的轮式小车；有双足行走、带手臂、头部替换为满载传感器圆顶的类人形；有飞行投递的UAV；有像狗的四足机器人。自动驾驶车在特定区域已小规模作配送。优势多：配送快、人工成本低、可靠。
同类还含订单拣选存储、托盘存储、手推车运输、托盘运输、单件运输机器人。
包装与码垛
包装码垛是制造、仓库、配送中心常见作业。小包装趋势加剧重复性，负面影响工人健康安全。引入机器人提升生产率、保护工人免受工伤。
包装机器人
食品订单包装增长迅猛，机器人越来越能温柔处理生鲜易腐物品。
包装机器人可按需自动生成多规格纸箱。
例：自动将大线轴装箱，先放底部塑料护帽、最后装顶部护帽、封箱贴标发货。
仅列举包装机器人少数可能性。
码垛机器人
码垛机器人按优化方式将箱/容器堆叠上托盘。箱内物品多样时，AI可让重箱靠底。箱子朝向可优化托盘装载量。
整托盘缠绕膜稳固运输也可由码垛机器人自动化。
同类还含开箱机器人、拆垛机器人、贴标机器人、防腐包装机器人、医药包装机器人。
检测与质控
部分质控关乎生死：零件失效或误装可致命。人工检测准确率常仅80%，机器人检测可达100%。
视觉检测机器人
六轴机械臂配合相机可从任意角度观测工件。裂纹检测、尺寸测量、涂层均匀性仅是视觉检测机器人可检性质的冰山一角。
有管道内巡检机器人(油气业)、水下巡检机器人(油平台/打捞)、空中无人机巡检屋顶/高处。
部分检测机器人不用视觉，用特制EoAT测量尺寸、电阻等。
采收
及时采收果蔬关乎产品质量、减少腐烂浪费。粮食作物采收同样时效性强、劳动密集。
采收机器人
采收机器人配软性夹爪，无损处理易碎作物。专用视觉系统判断成熟度。机器人解放人类摆脱弯腰、高温、不适的重体力劳动，提升效率、降低人工成本。详见农业机器人专文。
如何寻找合适的机器人方案
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