工業機器人創新方興未艾 模塊化設計共享市場藍海
2020-5-19 來源：數控機床市場 作者：劉 瀟
1 引言
模塊化設計簡單地說，就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現其求解算法的方法稱為模塊化，其目的是為了降低程序復雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化。為提高機器人控制系統設計的工作效率,提出基于模塊化思想的控制系統設計方法。把控制系統的硬件部分和軟件部分按功能分解成一系列標準模塊,將標準模塊按照實際需要的設計結構進行組合,即可實現機器人控制系統的設計。采用這種模塊化方法實現機器人控制系統設計上的簡單化,功能上的靈活化。
2 工業機器人模塊化設計快速的完成產品開發
模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上劃分并設計出系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求的設計方法。隨著社會的發展和技術的進步及客戶需求的不斷增加變化,在各行業都需順應變化。提高設計、變形設計效率,提高產品通用性，降低生產制造和管理成本成為每個企業的追求。模塊化設計思想開始應用于機械產品的設計和管理當中。
近些年來，模塊化機器人一直是機器人結構設計領域的熱門課題之一。國內移動機器人的發展非常迅猛，如搬運機器人、送餐機器人、酒店配送機器人、巡檢機器人等等，機器人導航技術在近年來取得了實質性的進展。移動機器人制造實現模塊化運作，對機器人企業而言，產品制造成本會大大降低。隨著機器人應用范圍逐漸擴大，個性化需求日益增多，模塊化機器人的應用空間將越來越廣。工業機器人產品復雜配置眾多，模塊化設計可大大提高產品的通用性,降低生產制造和管理成本；Top-Down設計和協同設計可大幅度地提高設計和變型設計效率,提高產品設計的準確性。研究模塊化設計思想和Top-Down協同設計技術，將其應用于工業機器人的設計研發和數據管理。可大大提高產品的通用性，降低管理成本。提高了設計研發效率，提高產品設計的準確性，提高新產品一次設計的成功率，減少產品變形設計時間，降低新產品設計開發的周期和成本，保證產品數據的準確和唯一性。
機器人一般是由驅動裝置、執行機構、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。驅動裝置是驅使執行機構運動的機構，按照控制系統發出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。
執行機構即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構，其中運動副常稱為機器人高科技產物關節，關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。
控制系統一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發送指令信息；作為下級從機，各關節分別對應一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，并向主機反饋信息。
檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較后，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。
每個客戶需求都是不同的，機器人產品的內部結構也是不同的，有些要求視覺產品要做到非常小的尺寸等等，各家的ID設計都不一樣，因此，機器人產品模塊化制造目前還比較困難。如果要實現機器人制造模塊化運作，那要涉及所有部件標準化的問題，這樣機器人制造商在尋找技術的時候也能夠更加方便。協同設計是指各成員在計算機以及網絡應用的支持下，通過分工與協作，在同一平臺下共同完成某一設計目標的設計方法。模塊化設計思想需結合公司的生產、制造以及工藝的實際情況進行，不同公司生產制造的實際情況是不一樣的。因此同樣的產品其模塊化分是不完全一致的。對于工業機器人產品的每個大的系統當中可由不同的模塊組成。每個模塊下都有各種不同配置，每個配置中對應一個生產實例(生產編碼)。
工業機器人的結構和模塊的劃分，除了能夠支持實際的開發流程外，強大的三維建模工具Creo還提供了更加強大的功能。其Top-Down設計工具可以方便快速的傳遞設計參數、幾何以及設計意圖，通過Creo基本的相關性的功能，設計意圖的變更可以自頂向下的快速傳遞，直到最底層的零件和圖紙。從而使產品的修改性大大提高，修改的工作量也大大降低，同時還能保證各部件設計的一致性。使得所有設計者操作的是同一套產品數據，極大地促進了設計溝通，保證整個項目組能夠協同、快速的完成產品開發。
3 工業機器人產品模塊化設計的優勢和特征
模塊化設計簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現其求解算法的方法稱為模塊化。
功能多樣的機器人在人們生產和生活中越來越具有不可或缺的作用。其中模塊化機器人更直接明了的展現了其功能多樣的特點。模塊化產品設計是在對一定范圍內的不同功能或相同功能、不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的顧客定制的產品，以滿足市場的不同需求。這是相似性原理在產品功能和結構上的應用，是一種實現標準化與多樣化的有機結合及多品種、小批量與效率的有效統一的標準化方法。隨著科學的發展和技術的進步,移動機器人已經能夠代替人類執行越來越多的任務了。尤其物流產業對經濟發展的貢獻日益突出，碼垛是提高物流系統中物資搬運效率和存儲利用率的重要手段，使用碼垛機器人代替人工碼垛已經成為物流行業發展的趨勢。碼垛機器人可以提高生產效率和產品質量，并提高系統應對新的物流需求的能力。研究具有自主知識產權的碼垛機器人對于提高民族企業的競爭力具有重要的意義。
模塊化設計就是將產品的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統，將這個子系統作為通用性的模塊與其他產品要素進行多種組合，構成新的系統，產生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產品。模塊是模塊化設計和制造的功能單元，具有三大特征：一是相對獨立性，可以對模塊單獨進行設計、制造、調試、修改和存儲，這便于由不同的專業化企業分別進行生產；二是互換性，模塊接口部位的結構、尺寸和參數標準化，容易實現模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數量的不同產品的需要；三是通用性，有利于實現橫系列、縱系列產品間的模塊的通用，實現跨系列產品間的模塊的通用。
模塊化的目的是為了降低程序復雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化。改變某個子功能只需相應改變相應模塊即可。模塊機器人是由標準的相互獨立的制造模塊組成，每個模塊有驅動部分、動力源等。不同的模塊組合在一起，由一個信息的控制系統控制，構成具有特殊功能的機器人。模塊化設計是綠色設計方法之一，它已經從理念轉變為較成熟的設計方法。將綠色設計思想與模塊化設計方法結合起來，可以同時滿足產品的功能屬性和環境屬性，一方面可以縮短產品研發與制造周期，增加產品系列，提高產品質量，快速應對市場變化；另一方面可減少或消除對環境的不利影響，方便重用、升級、維修和產品廢棄后的拆卸、回收和處理。力求以少量的模塊組成盡可能多的產品，并在滿足要求的基礎上使產品精度高、性能穩定、結構簡單、成本低廉，模塊間的聯系盡可能簡單；模塊的系列化，其目的在于用有限的產品品種和規格來最大限度又經濟合理地滿足用戶的要求。
模塊化分布式控制系統大大降低了機器人的成本，同時讓原本復雜的機器人結構變得簡單，使得安裝與使用都變得容易了許多，在工作的時候不需要花費很多時間去維護，使一般企業的技術人員都可以修理這些機器人，降低了后期的維護成本。模塊化產品是實現以大批量的效益進行單件生產目標的一種有效方法。產品模塊化也是支持用戶自行設計產品的一種有效方法。產品模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標準部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。雖然我國在機器人行業的起步比較晚，但是通過自主研發技術，機器人技術領域上也屢創佳績，機器人自動化系統模塊化設計的出現，將引領我國工業機器人走向功能化、簡約化方向發展，提高在世界范圍內的競爭力。
如今,機器人的發展突飛猛進,機器人服務已經覆蓋了人們生活、工作、娛樂的方方方面。隨著人類的需求的不斷增加,對機器人領域的探索也越走越遠,機器人模塊化技術已在各個領域的產品研究和開發中廣泛應用。現在無人化操作趨勢非常明顯，例如銀行營業廳，現在基本上都是通過手機或電腦直接操作，人們已經很少去銀行線下營業廳了；還比如聯通4G卡銷售，大部分都是通過互聯網進行銷售，只要你在網上下單，馬上就有專門的業務跟進把卡寄到你指定的地址，內含20元的話費，你只要激活就可以了。以前聯通的工作人員很關注每一個店面的爭奪戰，現在店面爭奪戰基本上很少看到了。這種現象更準確的說是“線上交易”，現在越來越多的企業開始把業務挪到線上交易，而且已經形成趨勢。因為線上交易帶來的是極低的運營成本，而且是跨越區域的，特別是公共服務領域，5G時代下，線上交易將會變得更加頻繁，人們不用再花時間浪費在路途上，直接通過線上交易就可完成，現在很多新技術都在加快推進這一過程。
與傳統機器人相對比,模塊化機器人具有柔性高、容錯性強和自修復能力強、成本低等優點。模塊化結構簡單, 易于加工等優點,各模塊之間可以相互替換,實現快速組裝。為保證產品的品質,需要通過對工業機器人的樣機及零部件首樣進行可靠性測試,有時為了得到一個比較好的零件，往往一次設計不合格還要進行第二次設計修改，測試完成后大部分的部件都會采用報廢處理，經過一系列的試驗，中間會產生大量的物料成本的浪費，對環境資源造成了極大的影響。采用機械設計軟件后，構建工業機器人的數字化模型，就可在計算機中完善設計,減少物理樣機的試制,在增強工業機器人產品可靠性的基礎上,減少資源的浪費。
在工業機器人設計過程中，產品的性能是否能夠滿足應用的要求，是非常重要的。尤其是一些關鍵部位的結構，如果頻繁的損壞，就會直接導致工業機器人工作效率低下，部件報廢更換頻繁，所以好的產品結構設計十分重要，一些生產廠家在設計過程中，針對重要部位的零部件結構，通過使用仿真分析模塊將其進行仿真分析，并針對仿真結果對結構做進一步的修改確認，保證了設計產品的質量，減少了不必要的維修。
機器人及自動化系統的模塊化設計及制造理念是機器人自動化系統全部由一個個的獨立模塊組成，各模塊之間使用統一的通訊協議，不同模塊可以靈活搭建，形成功能不同的自動化系統。這就像兒童玩積木那么簡單，根據功能需要，選擇合適的模塊，然后形成個性化的產品。利用模塊化的新概念，我國機器人行業實現了彎道超車，提高了在市場上的競爭力。
4 工業機器人產品的模塊化設計效益突顯
模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求的設計方法。產品模塊要求通用程度高，相對于產品的非模塊部分生產批量大，對降低成本和減少各種投入較為有利。但在另一方面又要求模塊適應產品的不同功能、性能、形態等多變的因素，因此對模塊的柔性化要求就大大提高。對于生產來說，盡可能減少模塊的種類，達到一物多用的目的。對于產品的使用來說，往往又希望擴大模塊的種類，以更多地增加品種。針對這一矛盾，設計時必須從產品系統的整體出發，對產品功能、性能、成本諸方面的問題進行全面綜合分析，合理確定模塊的劃分。
模塊化設計的基礎是設計庫，在模塊化的設計過程中，通過應用設計軟件建立計算機輔助建模系統，建立典型產品的全參數化三維實體模型，通過PDM系統，來管理和配置這些文件，建立企業設計庫資源。用戶可根據需求或實際選擇各模塊，使工業機器人的規格和性能更貼近用戶工況，研發人員也能夠方便對可重用零件進行共享，減少新零件的再開發，有效減少配件種類，在產品的研發、制造和使用領域都給企業帶來環保效益。
模塊是產品知識的載體,模塊的重用就是設計知識的重用,大量利用已有的經過試驗、生產和市場驗證的模塊,可降低設計風險,提高產品的可靠性和設計質量。模塊功能的獨立性和接口的一致性，使模塊研究更加專業化和深入，可不斷通過升級自身性能來提高產品的整體性能和可靠性，而不會影響到產品其他模塊。設計和零部件的重用可以大大縮短設計周期；并行的產品開發和測試可以大大縮短設計周期；利用已有成熟模塊可大大縮短采購周期、物流周期和生產制造周期，從而加快產品上市時間；如果劃分模塊時考慮到企業售后服務的特定需求，同樣可以縮短服務周期和耗費資源時間。模塊化產品是實現以大批量的效益進行單件生產目標的一種有效方法。產品模塊化也是支持用戶自行設計產品的一種有效方法。產品模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標準部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。用戶常不滿足于企業提供的現有工業機器人產品的品種和規格，在訂貨時常常附加很多技術要求。這就要求工業機器人在性能和結構上也必須多樣化。工業機器人產品結構比較復雜，設計、生產周期比較長，如果逐一進行設計，將會耗費了大量的資源。這就需要實施以面向模塊和功能分析為主要特征的模塊化設計來縮短開發周期、減少制造成本。
模塊化設計技術是由產品系列化、組合化、通用化和標準化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品種和規格的產品來最大限度,且較經濟合理地滿足需求方對產品的要求。組合化是采用一些通用系列部件與較少數量的專用部件、零件組合而成的專用產品。通用化是借用原有產品的成熟零部件,不但能縮短設計周期,降低成本，而且還增加了產品的質量可靠性。標準化零部件實際上是跨品種、跨廠家甚至跨行業的更大范圍零部件通用化。由于這種高度的通用化,使得零部件可由工廠的單獨部門或專門工廠去單獨進行專業化制造。
模塊化產品設計是在對一定范圍內的不同功能或相同功能、不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的顧客定制的產品，以滿足市場的不同需求。系列產品中的模塊是一種通用件，模塊化與系列化已成為裝備產品發展的趨勢。根據模塊化的設計思路，將工業機器人按結構分成若干模塊，每個模塊都有相對固定的功能，其規格可近乎無極地微調，而且各模塊間彼此相互兼容。
從技術層面上分析,所有機器人系統無非是由傳感、驅動、控制等基本功能模塊構成。基于機器人系統的這一特點,以及未來服務機器人形態和功能上的多樣化需求,機器人模塊化設計是能夠根據用戶的功能需求,將具有一定功能的相關模塊進行組合,構成特定構形的機器人,這一過程即機器人模塊化設計。這種模塊間的組合并不僅指機械重構,還包括控制算法、電氣硬件和系統軟件等的重構。模塊重用可大大降低設計成本；采用成熟的經過驗證的模塊，可提高采購批量，降低采購和物流成本；采用成熟的經過生產驗證的模塊，可大大減少由于新產品的投產對生產系統調整的頻率，使新產品更容易生產制造，可以降低生產制造成本；產品平臺中及平臺之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務成本。
由于工業機器人的使用范圍比較廣泛，作業環境又是多種多樣的。機器人的整體發展趨勢將從工業機器人向各種類型服務機器人方向發展,工業機器人的基本機能是示教再現機能,通常示教的內容存儲在機器人的控制裝置內,通過再現自動實現機器人的各種單純的重復性動作,完成機器人特定作業。服務機器人,如護理老人、殘疾人或日常家用服務機器人,須具備準確判斷、適應環境、自主移動和獨立操作等功能。而且服務機器人不同于工業機器人的最顯著特點,即需要滿足不同用戶的個性化需求,所以服務機器人應具備形態和功能的多樣性。傳統的機器人開發模式無法滿足未來服務機器人產業發展的要求。
產品模塊化設計按照自頂向下研究分類，包括系統級模塊、產品級模塊、部件級模塊、零件級模塊；再按照功能及加工和組合要求研究分類，包括基本模塊、通用模塊、專用模塊；然后按照接口組合要求研究分類，包括內部接口模塊、外部接口模塊。以產品級模塊化為例，就是在需求調查的基礎上，對裝備產品的構成進行分析，考察其中的功能互換性與幾何互換性的關系，并劃分基本模塊、通用模塊或專用模塊，以模塊為基礎進行內部接口、外部接口設計，通過加、減、換、改相應模塊以構成新的產品，并滿足裝備產品的功能指標的要求。
采用基于功能構件劃分的機器人模塊化設計方法,將提高軟件及功能構件在不同機器人系統上的可重用性,降低機器人開發成本,促進機器人的應用的普及,而應用領域的拓展,反過來又會進一步促進了機器人技術的發展, 從而形成良性循環。
模塊功能的獨立性和接口的一致性，使各個模塊可以相對獨立地設計和發展，可進行并行設計、開發和并行試驗、驗證。模塊的不同組合能滿足用戶的多樣性需求，易于產品的配置和變型設計,同時又能保證這種配置變型可以滿足企業批量化生產的需求。
5 工業機器人產品的模塊化設計全方位地滿足市場的多樣化需求
產品多樣化是指企業在生產一兩種主導產品的同時，又發展一些其它種類的產品。實行多角經營。模塊是制造的基本組成元素。模塊化設計是把產品結構設計成許多相互獨立的模塊。對于某種特定的客戶產品訂單，企業可以將各模塊容易地組合裝配成不同形式的產品，來滿足客戶的需要。產品的模塊化有些是顯而易見的，客戶可以選擇他們喜歡的組件并自行組裝；而有些是隱藏的，企業可選擇各種模塊裝配成品后銷售。
機器人的控制系統作為機器人的大腦,是決定機器人性能的主要因素,主要包括軟件和硬件系統。模塊化產品設計的目的是以少變應多變,以盡可能少的投入生產盡可能多的產品,以最為經濟的方法滿足各種要求。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產品的特點,同時模塊又具有標準的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口,如果模塊的劃分和接口定義符合企業批量化生產中采購、生產和服務的實際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產品是符合批量化生產的實際情況的,從而使定制化生產和批量化生產這對矛盾得到解決。模塊化設計在對產品進行市場預測、功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列通用的功能模塊；根據用戶的要求，對這些模塊進行選擇和組合，就可以構成不同功能、或功能相同但性能不同、規格不同的產品。模塊化是在傳統設計基礎上發展起來的一種新的設計思想，現已成為一種新技術被廣泛應用，尤其是信息時代電子產品不斷推陳出新，模塊化設計的產品正在不斷涌現。如何使產品的模塊化設計全方位地滿足市場的多樣化需求，應當引起企業經營者、新產品開發人員及其標準化研究者的高度重視。
模塊化不僅加快了變革的速度，增大了競爭的壓力，它還改變了企業間的關系。在殘酷的創新競爭中，如何在本行業中奪取更多的市場份額就顯得極為重要。一個企業作為某個需要不斷創新的行業中由百個企業組成的模塊制造商群體的一員，與作為由少數幾個企業占據壟斷優勢的穩定發展的行業中的成員有著很大的區別，沒有任何一種發展戰略是永遠奏效的。模塊化市場的雙重結構要求企業在兩種主要的發展戰略中做出慎重選擇：企業作為總設計師為多個模塊構成的產品確立設計和生產原則；企業也可以作為模塊制造商為用戶提供高性價比的模塊產品，以性能和價格在市場上擊倒同類廠商。在制造行業中模塊化的應用已非常普遍，一些公司正在把模塊化這個理論擴展到產品生產和服務的設計上來，有些看似和模塊化根本不著邊際的行業也在嘗試著移植模塊化理論，提高自身的創新速度。
模塊化的產品或系統是由標準的模塊組成的。模塊如何產生，能否有效地組合成產品或系統，產品或系統的分解和組合的技巧和運用水平，是模塊化的核心問題。隨著機器人技術的發展,機器人更加智能化,更加開放,因此對機器人的控制系統提出了更高的要求。工業機器人控制技術的主要任務是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作時間等。碼垛機器人作為一種常見的工業機器人,用于食品飲食、化工等行業流水線上,主要功能是實現各類瓶罐箱包類產品的堆放與碼垛。其主要技術特點是:加減速頻繁,響應速度快,運動要能夠實時規劃；操作簡單,具有友好的人機交互功能。
可重構模塊化機器人系統是由一套具有尺寸和性能特征相同或不同的模塊組成的，通過這些模塊能快速裝配出最適用于完成給定任務的機器人。可重構模塊化機器人系統設計的主要內容是模塊的劃分和模塊的功能設計。模塊的劃分既要考慮可重構模塊化機器人的應用范圍、工件特點和性能，同時模塊本身也要符合每個模塊單元應是獨立的和具有自封裝的功能；每個模塊單元應是可快速連接到任意其它類型的模塊單元；每個模塊單元應應具備通信功能和數據處理能力；每個模塊單元在運動學和動力學上應具有獨立性。
模塊化機器人系統不僅包括模塊化的機械硬件,而且還包括模塊化電氣硬件、控制算法和軟件。模塊的合理劃分與重構是機器人模塊化設計的重要研究內容。要考慮工業機器人是否方便維護，所有的零部件應更換方便，故障的確診和排除要快。高品質的工業機器人的控制系統都已模塊化，可直接與手提電腦聯接，利用診斷程序快速地查找故障或修改參數設置。
模塊化設計已被廣泛應用于機床、電子產品、航天、航空等設計領域。企業一方面必須利用產品的批量化、標準化和通用化來縮短上市周期、降低產品成本、提高產品質量，另一方面還要不斷地進行產品創新使產品越來越個性化，滿足客戶的定制需求。這樣，如何平衡產品的標準化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競爭的關鍵能力。平臺化、模塊化的產品設計和生產可以在保持產品較高通用性的同時提供產品的多樣化配置，因此平臺化、模塊化的產品是解決定制化生產和批量化生產這對矛盾的一條出路。
6 工業機器人產品的模塊化構建人性化設計
機器人控制系統是根據指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業任務的裝置,它是機器人的心臟,決定了機器人性能的優劣。由于機器人控制系統必須以機器人機構為依托,其各機構單元中所含的控制器模塊應具有相對的獨立性,能實現機構模塊所設定的控制功能,因此在每個機構模塊中都應該有一個具有一定控制能力的控制器,各個模塊之間采用總線式的分布式結構,組成多CPU控制系統。由于機器人先天的優勢，越來越多地應用在復雜結構環境下，但是在這種環境下很難事先確定機器人的作業任務，其工作環境也存在不可預料的情況，而傳統機器人因適應環境和任務變化的能力較差而不能勝任這種要求。為提高機器人的環境適應能力，一種新型機器人應運而生，這種可以根據不同的任務或不同的工作環境改變自身構型的機器人稱之為可重構模塊化機器人。國外對可重構機器人系統已經進行了大量的研究，目前已經開發的模塊化機器人系統或可重構機器人系統主要有兩類：一類是動態可重構機器人系統，另一類是靜態可重構機器人系統。按照機器人形態改變方式可分為鏈式機器人、晶格式機器人、移動機器人及混合式機器人等類型。
機器人及自動化系統的模塊化設計及制造理念是指機器人自動化系統全部由一個個獨立的模塊組成，各模塊間采用統一的通信協議，不同模塊可以靈活拼裝，形成不同功能的自動化系統。這種機器人積木化的理念為用戶提供了前所未有的人性化和便捷性。機器人及自動化系統的模塊化設計及制造理念是機器人自動化系統全部由一個個獨立的模塊組成，各模塊間采用統一的通信協議，不同模塊可以靈活拼裝，形成不同功能的自動化系統。這種機器人積木化的理念為用戶提供了前所未有的人性化和便捷性。
國外智能機器人的設計制造已有幾十年的積淀，而我國起步晚，所以我們就利用模塊化的新理念實現了彎道超車。據報道，不久前在第四屆中國（上海）國際技術進出口交易會上，優愛寶機器人就將為大家演示基于模塊化分布式控制系統的“個人化工業機器人”。其模塊化分布式控制系統不但大大降低了機器人的成本，還具備安裝、操控簡便的特點。尤其它在工作時不需要花很多時間去維護，使一般企業的維修技術工人也能修理我們的機器人。比如優愛寶機器人的SCARA四軸機器人和DELTA型并聯機器人，其內部電機模塊均只有4根導線，一般普通人就能安裝，更無電控（電氣）柜，極易維護使用。
隨著全球化科技競爭日趨激烈，人工智能成為工業界未來必爭領域，傳統機器人也被賦予了新的發展路線，非柔性的機器人難以滿足時下發展變化要求，因此可重構模塊化機器人成為優選解決方案。可重構模塊化機器人由一組具有相通接口的模塊組成，可根據不同的任務組裝成不同的構型。與傳統的機器人相比，可重構模塊化機器人對任務和環境的適應能力更強，更具有柔性。模塊化具有簡化設計制造和維護、縮短研制周期、降低成本等優點，大大增強了系統構建時的靈活性和彈性，已成為機器人系統研究的熱點。
工業機器人的高效、精確和低應用成本已在規模化工業生產中得到充分體現，但面對未來多變化和小批量的柔性生產需求來講，專用機器人的設計周期和制造成本都成為亟待解決的難題.模塊化概念的引入到機器人設計為柔性加工系統注入了新的活力 ,選擇適當的模塊機器人拓撲關系和標準模塊 ,迅速組成模塊機器人是縮短機器人設計周期和降低制作成本的有效途徑 ,模塊化機器人將成為未來柔性加工系統中最重要的設備之一。
長期以來,移動機器人研究中的數據通信問題一直困擾著研究人員,一些多關節、結構復雜的機器人系統不得不背負著大量的數據線,繁瑣的線纜對機構的運動空間增加了額外的限制,使機器人的運動空間縮小，一種通用性好、通信性能較強、采用成熟技術、運行穩定安全的模塊化通信系統，適合大多數機器人應用,無論主控制器簡單還是復雜,有無操作系統或使用任意一種操作系統,只需使用通用標準的硬件接口和簡單有限的數據幀定義就能構成一個無線透明通道,將大大簡化無線通信的開發過程。當前機器人產業既面臨空前的發展機遇,又面臨嚴峻的挑戰。在世界范圍內,機器人產業尚無統一的體系結構,缺乏相應的基礎標準體系與接口協議規范,研發工作存在大量低水平的重復,不能實現各種功能構件的重用與互換,沒有形成專業化配套與產業鏈分工,致使制造成本高昂,嚴重制約了機器人產業的形成和發展。因此,需要對機器人模塊化體系結構框架設計的關鍵技術進行研究,包括機器人模塊化體系框架設計,機器人模塊化設計過程仿真系統設計,典型機器人功能構件示范研究。
進21世紀，由于人口紅利消失殆盡、勞力成本優勢不再以及原材料成本飆升，在一度充當“世界工廠”的中國，制造業正面臨嚴峻的挑戰。許多業內人士開始將目光投向工業機器人應用，以期從中獲得答案，如富士康生產線已準備投放百萬機器人替代人工（報道）。
藍牙無線通信模塊,采用全雙工、時分復用的通信方式,具有很強的抗衰減和抗干擾能力,與其它工作在相同頻段的系統相比,跳頻更快,數據包更短，其軟硬件設計力求做到通用,使無線通信模塊成為一個透明的通道,PC與機器人、機器人與機器人之間就像是直接通過串口通信一樣，該模塊將具有廣闊的應用前景。
7 結束語
總之，模塊化設計大大的提高了設計研發效率，提高產品設計的準確性，提高新產品一次設計的成功率，減少產品變形設計時間，降低新產品設計開發的周期和成本，保證產品數據的準確和唯一性。我國制造業的升級轉型，減少企業員工的不合理流動，緩解用工荒難題，自動化工業機器人是一項切實可行的解決方案。我國在工業機器人應用領域雖然起步晚、但發展很快。我國工業機器人市場表現強勁，市場容量不斷擴大，并有著無限發展潛力和增長空間，模塊化設計已在工業機器人廠家推廣實施到產品中。由于模塊化推進了創新的速度，使得企業領導者對競爭者的舉動做出的反應時間大大縮短，系列產品中的模塊是一種通用件，模塊化與系列化已成為現今裝備產品發展的一個趨勢。
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