眾所周知，目前較先進的傳統(tǒng)機器人一般最多具有六個自由度，其中，前三個自由度引導(dǎo)夾手裝置至所需的位置，而后三個自由度用來決定末端執(zhí)行裝置的方向。在三維空間內(nèi)，剛體需要六個獨立參數(shù)確定其位姿，因此，機器人的任務(wù)空間最多需要六個自由度就足夠了，一般不要求機器人具有六個以上的獨立自由度，而過多的自由度就會產(chǎn)生冗余自由度。

　　冗余度機器人，是指含有主動關(guān)節(jié)數(shù)多于完成某一作業(yè)任務(wù)所需的最少自由度數(shù)的一類機器人。其實，如上文所說，六個自由度是具有完成空間定位能力的最小自由度數(shù)，而增加的自由度便可改善機器人相關(guān)的運動學和動力學特性。

　　雖說真正產(chǎn)品化的七自由度工業(yè)機器人與傳統(tǒng)的六自由度，甚至更少自由度的工業(yè)機器人相比，無論是從產(chǎn)品種類，還是銷售占比差距都十分明顯。但正是由于其擁有有別于非冗余自由度機器人的冗余特性，使得七自由度的機器人優(yōu)于六自由度機器人，而成為人們關(guān)注的焦點，也使得對冗余度機器人的研究變得日趨重要。

　　我國研發(fā)始于20世紀90年代初期

　　我國對于七軸機器人的科研工作始于20世紀90年代初，而當時項目的領(lǐng)軍人物正是我國已故的著名機器人技術(shù)專家、中國工程院院士張啟先，而張啟先院士的主要貢獻之一便是完成了七自由度冗余機器人樣機的研制。

　　上世紀80年代末，由于研制難度及其之大，國際上研制出七自由度冗余機器人樣機的國家寥寥無幾。而張啟先院士率領(lǐng)課題組經(jīng)過幾年的艱苦拼搏，在1993年年底完成了首臺七自由度冗余機器人樣機的研制，并一次通過“863”課題驗收和部級鑒定。

　　盡管我國在冗余自由度機器人方面取得一定成果，但主要停留在學術(shù)論文、科研報告和實驗樣機的階段，并沒有實現(xiàn)真正的產(chǎn)品化發(fā)展，這無疑制約了我國機器人產(chǎn)品向高端產(chǎn)業(yè)化邁進的步伐

　　具備諸多技術(shù)優(yōu)勢

　　到底七軸機器人比六軸機器人強在哪兒?從技術(shù)角度看，主要有以下幾個層面。

　　(1)改善運動學特性

　　在機器人的運動學問題中，三個問題使得機器人的運動受到非常大的限制。

　　第一是奇異構(gòu)型。當機器人處于奇異構(gòu)型時，它的末端執(zhí)行器不能繞某個方向進行運動，或者施加力矩，因而奇異構(gòu)型極大的影響了運動規(guī)劃。

　　第二是關(guān)節(jié)位移超限。在真實工作情況下，機器人每個關(guān)節(jié)的運動的角度范圍是受到限制的，最理想的狀態(tài)是正負180度，但是很多關(guān)節(jié)是做不到的。另外，七軸機器人可以避免角速度運動過快，讓角速度分配得比較均勻。

　　第三是工作環(huán)境中存在障礙。在工業(yè)環(huán)境下，很多場合存在各種環(huán)境障礙，傳統(tǒng)的六軸機器人無法只改變末端機構(gòu)的姿態(tài)，而不改變末端機構(gòu)的位置。

　　(2)改善動力學特性

　　對于七軸機器人而言，利用其冗余自由度不僅可以通過運動軌跡規(guī)劃達到良好的運動學特性，并且我們可以利用其結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最佳的動力學性能。

　　七軸機器人可實現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩的再分配，這里涉及到機器人的靜力平衡的問題，也就是說，作用在末端的力，通過一定的算法算出每個關(guān)節(jié)承受的力有多大。對于傳統(tǒng)的六軸機器人來說，其每個關(guān)節(jié)的力是一定的，它的分配可能很不合理。但是對于七軸機器人來說，我們可以通過控制算法調(diào)整各個關(guān)節(jié)的力矩，讓薄弱的環(huán)節(jié)承受的力矩盡量小，是整個機器人的力矩分配比較均勻，更加合理。

　　(3)容錯性

　　機器人在發(fā)生故障時，如果有一關(guān)節(jié)失效，傳統(tǒng)六軸機器人便無法繼續(xù)完成工作，而七軸機器人可以通過重新調(diào)整故障關(guān)節(jié)速度(運動學容錯)和故障關(guān)節(jié)力矩(動力學容錯)的再分配實現(xiàn)繼續(xù)正常工作。

　　國際廠商競相跟進

　　目前，無論從產(chǎn)品角度，還是從應(yīng)用角度，國際上七軸工業(yè)機器人，都僅僅處于初步發(fā)展階段，但各大廠商紛紛在各大展覽會力推相關(guān)七軸機器人產(chǎn)品，可以想見對其未來的發(fā)展?jié)摿€是十分看好的。

　　2014年11月，“四大家族”之一德國著名工業(yè)機器人制造商KUKA在2014中國國際工業(yè)博覽會機器人展上，首次發(fā)布KUKA第一款七自由度輕型靈敏機器人LBRiiwa。

　　LBRiiwa七軸機器人基于人類手臂進行設(shè)計，其結(jié)合集成的傳感器系統(tǒng)，使該輕型機器人具有可編程的靈敏性，并使其具備了非常高的精確度。而七軸的LBRiiwa所有的軸內(nèi)均配備高性能碰撞檢測功能、集成的關(guān)節(jié)力矩傳感器，以實現(xiàn)人機協(xié)作。

　　七軸的設(shè)計，使得KUKA的該款產(chǎn)品有較高的靈活度，可輕松地越過障礙物。LBRiiwa機器人的結(jié)構(gòu)采用鋁制材料設(shè)計，其自身重量只有23.9千克。其負荷有兩種，分別為7千克和14千克，使其成為首款負荷超過10千克的輕型機器人的產(chǎn)品。

　　日本知名機器人制造商，“四大家族”之一的安川電機也發(fā)布了多款七軸機器人產(chǎn)品。其中SIA系列機器人是輕型敏捷型七軸機器人，該系列機器人能夠提供類人的靈活性，并且能夠快速加速。該系列機器人采用輕量化和流線型設(shè)計，使其非常適合安裝在狹小的空間內(nèi)。SIA系列可提供較高的有效載荷(5千克至50千克)以及較大的工作范圍(559毫米至1630毫米)，很適合從事裝配、注塑、檢驗等操作。

　　除了輕型七軸機器人產(chǎn)品外，安川還發(fā)布了七軸機器人焊接系統(tǒng)，其高自由度能夠盡最大可能保持最適合的姿態(tài)以實現(xiàn)高品質(zhì)的焊接效果，特別適合內(nèi)面的焊接，達到最佳的接近位置。并且該產(chǎn)品能夠高密度布局，容易回避其與軸和工件之間的干擾，顯示出其優(yōu)良的避障功能。

　　2014年11月，ABB在中國推出最新機器人產(chǎn)品YuMi，它是第一款雙臂輕型人機協(xié)作型機器人，而其每個單臂均為七個自由度，機身重量為38千克。其每條手臂的負載為0.5千克，重復(fù)定位精度可達到0.02毫米，因此特別適合小件裝配、消費品、玩具等領(lǐng)域。從機械手表的精密部件，到手機、平板電腦，以及臺式電腦零件的處理，對于YuMi來說都不在話下，而這正體現(xiàn)出該款冗余度機器人表現(xiàn)出的擴大可達工作空間、靈活敏捷、精確等種種優(yōu)良特性。

　　日本著名機械制造企業(yè)那智不二越已開發(fā)出多款七軸機器人產(chǎn)品。早在2007年底，那智不二越便開發(fā)出七自由度的機器人“PrestoMR20”。通過采用七軸設(shè)計，使得機器人能夠像模仿人類手臂那樣執(zhí)行更加復(fù)雜的工作流程，在狹窄的工作區(qū)域運動。另外，機器人前端部分(手腕)的扭矩增加到了原來傳統(tǒng)六軸機器人的約兩倍左右，標準配置的扭矩為20千克，通過設(shè)定動作范圍，最大可搬運30千克的物品，工作范圍達到1260毫米，重復(fù)定位精度為0.1毫米。通過采用七軸結(jié)構(gòu)，MR20在機床上取放工件時可從機床側(cè)面進行作業(yè)。這樣一來，就提高了事前準備和維護等作業(yè)效率。機床間的空間能夠縮小至傳統(tǒng)六軸機器人的一半以下。

　　除此之外，那智不二越還發(fā)布了MR35(負載為35千克)、MR50(負載為50千克)兩款可在狹小空間和有障礙物場所的應(yīng)用場合使用的工業(yè)機器人。

　　日本DAIHEN集團歐地希推出了最新的七軸機器人(FD-B4S、FD-B4LS、FD-V6S、FD-V6LS、FD-V20S)。由于有第七軸的回轉(zhuǎn)，它們可以實現(xiàn)像人的手腕一樣的扭轉(zhuǎn)動作，能夠?qū)崿F(xiàn)一周以上的焊接;另外，七軸機器人(FD-B4S、FD-B4LS)將焊接電纜內(nèi)藏于機器人本體，因此在示教作業(yè)時無需在意機器人與焊接夾具及工件間的干涉，動作非常順暢，焊接姿態(tài)自由度也得到了提高，能夠彌補傳統(tǒng)機器人因與工件或焊接夾具的干涉而造成無法進入焊接的缺憾。

　　RethinkRobotics是一家由著名的MIT教授羅德尼布魯克斯(RodneyBrook)創(chuàng)辦的機器人公司，因創(chuàng)造了工業(yè)機器人的價格神話而聞名。最近推出的新產(chǎn)品瞄準了中國的制造業(yè)市場。其雙臂工業(yè)機器人Baxter，售價僅約2萬美元。

　　Baxter機器人自重74千克，擁有兩個七自由度機器臂，單臂最大工作范圍為1210毫米。Baxter可同時處理不同的兩項任務(wù)以增加適用性，或者實時處理同一任務(wù)以實現(xiàn)輸出最大化。

　　Sawyer在很多方面與Baxter類似。其柔性關(guān)節(jié)采用了相同的串聯(lián)彈性驅(qū)動器，但其關(guān)節(jié)所采用的驅(qū)動器被重新設(shè)計，使其更小巧。由于采用了七軸的設(shè)計，并且工作范圍擴展至100毫米，因此能完成負載更大的工作任務(wù)，載荷可達到4千克，比Baxter機器人2.2千克的有效載荷大了不少。

　　我國產(chǎn)業(yè)布局幾何

　　目前，我國絕大多數(shù)工業(yè)機器人企業(yè)還尚未發(fā)布七軸工業(yè)機器人產(chǎn)品，其中有一部分表示正在研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，會在年內(nèi)有相關(guān)產(chǎn)品問世，而另有一些企業(yè)則表示對七軸工業(yè)機器人產(chǎn)品有關(guān)注，但尚未計劃設(shè)計研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。

　　作為我國機器人產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)的新松，于近期發(fā)布了首臺輕型七軸人機協(xié)作型機器人，其自身重量為29千克，負載為5千克，重復(fù)定位精度可達到0.02毫米，工作半徑可達800毫米。它具備快速配置、牽引示教、視覺引導(dǎo)、碰撞檢測等功能，特別適用于布局緊湊、精準度高的柔性化生產(chǎn)線，滿足精密裝配、產(chǎn)品包裝、打磨、檢測、機床上下料等工業(yè)操作需要。

　　存在的主要問題

　　我國的機器人產(chǎn)業(yè)在七軸工業(yè)機器人的理論研究有了很大進步，而商業(yè)化產(chǎn)品方面仍與國外有較大差距。究其原因，主要有以下兩個方面：

　　一是自主創(chuàng)新能力弱。缺乏核心及關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng)性成果和創(chuàng)新理念，我國工業(yè)機器人總體技術(shù)與國外先進水平相比，差距在十年以上。

　　二是企業(yè)盈利能力較低，研發(fā)資金短缺。核心零部件技術(shù)的缺失導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本高企，加之外資廠商紛紛降價，2015年70%以上企業(yè)的本體業(yè)務(wù)處于虧損狀態(tài)。

　　針對以上問題，三項建議：

　　一是推進創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)。加強政產(chǎn)學研用合作與對接;建設(shè)各種先進機器人技術(shù)的實驗環(huán)境;加大資金扶持力度，支持公用技術(shù)平臺建設(shè)。

　　二是重視下一代技術(shù)和標準。除了當前著手攻克伺服電機、精密減速器等關(guān)鍵零部件技術(shù)之外，也要重視人工智能、感知、識別、驅(qū)動和控制等下一代技術(shù)的研發(fā)。

　　三是壯大機器人產(chǎn)業(yè)人才隊伍。將機器人技術(shù)進一步納入相關(guān)學科建設(shè)體系;著力培養(yǎng)和引進高水平科研帶頭人;運用職業(yè)培訓(xùn)并通過實際項目鍛煉來培育高技能人才。

　　看到這里，金粉們會問，7軸機器人這么厲害，那這個幾軸是怎么區(qū)分的?下面小編給您簡單介紹一下!

　　論七軸機器人和一軸機器人的差別到底有多大

　　現(xiàn)如今，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但是我們也發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機器人的軸數(shù)并不相同，那么它們到底應(yīng)該有幾個軸呢?

　　所謂工業(yè)機器人的軸可以用專業(yè)的名詞自由度來解釋，如果機器人具有三個自由度，那么它可以沿x，y，z軸自由的運動，但是它卻不能傾斜或者轉(zhuǎn)動。當機器人的軸數(shù)增加，對機器人而言，就是更高的靈活性。那么現(xiàn)在工業(yè)機器人都有多少個軸呢?

　　三軸機器人也被稱為直角坐標或者笛卡爾機器人，它的三個軸可以允許機器人沿三個軸的方向進行運動，這種機器人一般被用于簡單的搬運工作之中。

　　四軸機器人，可以沿著x，y，z軸進行轉(zhuǎn)動，與三軸機器人不同的是，它具有一個獨立運動的第四軸，一般來說SCARA機器人就可以被認為是四軸機器人。

　　五軸是許多工業(yè)機器人的配置，這些機器人可以通過x，y，z三個空間周進行轉(zhuǎn)動，同時可以依靠基座上的軸實現(xiàn)轉(zhuǎn)身的動作，以及手部可以靈活轉(zhuǎn)動的軸，增加了其靈活性。

　　六軸機器人可以穿過x，y，z軸，同時每個軸可以獨立轉(zhuǎn)動，與五軸機器人的最大區(qū)別就是，多了一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸。六軸機器人的代表就是優(yōu)傲機器人，通過機器人身上的藍色蓋子，你可以很清楚的計算出機器人的軸數(shù)。

　　七軸機器人，又稱為冗余機器人，相比六軸機器人額外的軸允許機器人躲避某些特定的目標，便于末端執(zhí)行器到達特定的位置，可以更加靈活的適應(yīng)某些特殊工作環(huán)境。