人常見(jiàn)五大應(yīng)用領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)

去年全球工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量達(dá)到24萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)8%。其中，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷(xiāo)量超過(guò)6.6萬(wàn)臺(tái)，繼續(xù)保持全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的地位。但是，按機(jī)器人密度來(lái)看，即每萬(wàn)名員工對(duì)應(yīng)的機(jī)器人保有量，我國(guó)不足30臺(tái)，遠(yuǎn)低于全球約為50多臺(tái)的平均水平。

2022年未來(lái)全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)趨勢(shì)包括：大國(guó)政策主導(dǎo)，促使工業(yè)與服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)增長(zhǎng)；汽車(chē)工業(yè)仍為工業(yè)機(jī)器人主要用戶(hù)；雙臂協(xié)力型機(jī)器人為工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)新亮點(diǎn)。

一、什么是工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是一種通過(guò)重復(fù)編程和自動(dòng)控制，能夠完成制造過(guò)程中某些操作任務(wù)的多功能、多自由度的機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械裝備和系統(tǒng)，它結(jié)合制造主機(jī)或生產(chǎn)線(xiàn)，可以組成單機(jī)或多機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，在無(wú)人參與下，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、焊接、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，在生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)中重要的高度自動(dòng)化裝備。

二、工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

自20世紀(jì)60年代初第一代機(jī)器人在美國(guó)問(wèn)世以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用有了飛速的發(fā)展，但工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)歸納有以下幾個(gè)。

1.可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)（ＦＭＳ）中的一個(gè)重要組成部分。

2.擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類(lèi)似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類(lèi)似人類(lèi)的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境的自適應(yīng)能力。

3.通用性。除了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

4.機(jī)電一體化。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合——機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗(yàn)證一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。

三、工業(yè)機(jī)器人常見(jiàn)的五大應(yīng)用領(lǐng)域

1.機(jī)械加工應(yīng)用（2%）

機(jī)械加工行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用量并不高，只占了2%，原因大概也是因?yàn)槭忻嫔嫌性S多自動(dòng)化設(shè)備可以勝任機(jī)械加工的任務(wù)。機(jī)械加工機(jī)器人主要從事應(yīng)用的領(lǐng)域包括零件鑄造、激光切割以及水射流切割。

2.機(jī)器人噴涂應(yīng)用（4%）

這里的機(jī)器人噴涂主要指的是涂裝、點(diǎn)膠、噴漆等工作，只有4%的工業(yè)機(jī)器人從事噴涂的應(yīng)用。

3.機(jī)器人裝配應(yīng)用（10%）

裝配機(jī)器人主要從事零部件的安裝、拆卸以及修復(fù)等工作，由于近年來(lái)機(jī)器人傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越多樣化，直接導(dǎo)致機(jī)器人裝配應(yīng)用比例的下滑。

4.機(jī)器人焊接應(yīng)用（29%）

機(jī)器人焊接應(yīng)用主要包括在汽車(chē)行業(yè)中使用的點(diǎn)焊和弧焊，雖然點(diǎn)焊機(jī)器人比弧焊機(jī)器人更受歡迎，但是弧焊機(jī)器人近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛。許多加工車(chē)間都逐步引入焊接機(jī)器人，用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接作業(yè)。

5.機(jī)器人搬運(yùn)應(yīng)用（38%）

目前搬運(yùn)仍然是機(jī)器人的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，約占機(jī)器人應(yīng)用整體的4成左右。許多自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)需要使用機(jī)器人進(jìn)行上下料、搬運(yùn)以及碼垛等操作。近年來(lái)，隨著協(xié)作機(jī)器人的興起，搬運(yùn)機(jī)器人的市場(chǎng)份額一直呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

近年來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日新月異，那么到底不同類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器都涉及哪些高科技含量的技術(shù)呢？三、六類(lèi)工業(yè)機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)

1.移動(dòng)機(jī)器人（AGV）

移動(dòng)機(jī)器人（AGV）是工業(yè)機(jī)器人的一種類(lèi)型，它由計(jì)算機(jī)控制，具有移動(dòng)、自動(dòng)導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ?，也用于自?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)（以AGV作為活動(dòng)裝配平臺(tái)）；同時(shí)可在車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、郵局的物品分撿中作為運(yùn)輸工具。

國(guó)際物流技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)之一，而移動(dòng)機(jī)器人是其中的核心技術(shù)和設(shè)備，是用現(xiàn)代物流技術(shù)配合、支撐、改造、提升傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)存取的高架箱儲(chǔ)、作業(yè)和搬運(yùn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、柔性化、信息化，縮短物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設(shè)投資等的高新技術(shù)和裝備。

2.點(diǎn)焊機(jī)器人

焊接機(jī)器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運(yùn)動(dòng)速度快和負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點(diǎn)焊作業(yè)的生產(chǎn)率。

點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車(chē)整車(chē)的焊接工作，生產(chǎn)過(guò)程由各大汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)負(fù)責(zé)完成。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車(chē)企業(yè)的長(zhǎng)期合作關(guān)系，向各大型汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)提供各類(lèi)點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與整車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)配套形式進(jìn)入中國(guó)，在該領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線(xiàn)要求焊鉗一體化，重量越來(lái)越大，165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是當(dāng)前汽車(chē)焊接中最常用的一種機(jī)器人。2008年9月，機(jī)器人研究所研制完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)165公斤級(jí)點(diǎn)焊機(jī)器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車(chē)焊接車(chē)間。2009年9月，經(jīng)過(guò)優(yōu)化和性能提升的第二臺(tái)機(jī)器人完成并順利通過(guò)驗(yàn)收，該機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類(lèi)機(jī)器人水平。

3.弧焊機(jī)器人

弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國(guó)際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）弧焊機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機(jī)器人采用交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機(jī)和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。

（2）協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機(jī)器人及變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，既能保持焊槍和工件的相對(duì)姿態(tài)以滿(mǎn)足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

（3）精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺(jué)傳感器離線(xiàn)工作方式的優(yōu)點(diǎn)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤，提升焊接機(jī)器人對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺(jué)傳感器離線(xiàn)觀(guān)察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

4.激光加工機(jī)器人

激光加工機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過(guò)高精度工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過(guò)示教盒進(jìn)行在線(xiàn)操作，也可通過(guò)離線(xiàn)方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)加工工件的自動(dòng)檢測(cè)，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線(xiàn)，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復(fù)等。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）激光加工機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu)，在增大作業(yè)范圍的同時(shí)，保證機(jī)器人精度；

（2）機(jī)器人系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償技術(shù)：針對(duì)一體化加工機(jī)器人工作空間大，精度高等要求，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機(jī)器人補(bǔ)償方法，完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補(bǔ)償。

（3）高精度機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)：將三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人高精度在線(xiàn)測(cè)量。

（4）激光加工機(jī)器人專(zhuān)用語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn)，完成激光加工機(jī)器人專(zhuān)用語(yǔ)言。

（5）網(wǎng)絡(luò)通訊和離線(xiàn)編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)的監(jiān)控和管理；并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)機(jī)器人的離線(xiàn)編程控制。

5.真空機(jī)器人

真空機(jī)器人是一種在真空環(huán)境下工作的機(jī)器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機(jī)械手難進(jìn)口、受限制、用量大、通用性強(qiáng)，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機(jī)的研發(fā)進(jìn)度和整機(jī)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵部件。而且國(guó)外對(duì)中國(guó)買(mǎi)家嚴(yán)加審查，歸屬于禁運(yùn)產(chǎn)品目錄，真空機(jī)械手已成為嚴(yán)重制約我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備整機(jī)裝備制造的“卡脖子”問(wèn)題。直驅(qū)型真空機(jī)器人技術(shù)屬于原始創(chuàng)新技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）真空機(jī)器人新構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù)：通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，避開(kāi)國(guó)際專(zhuān)利，設(shè)計(jì)新構(gòu)型滿(mǎn)足真空機(jī)器人對(duì)剛度和伸縮比的要求；

（2）大間隙真空直驅(qū)電機(jī)技術(shù)：涉及大間隙真空直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高潔凈直驅(qū)電機(jī)開(kāi)展電機(jī)理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝、電機(jī)材料表面處理、低速大轉(zhuǎn)矩控制、小型多軸驅(qū)動(dòng)器等方面。

（3）真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計(jì)。采用軸在軸中的設(shè)計(jì)方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題。

（4）動(dòng)態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過(guò)傳感器信息和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息的融合，檢測(cè)出晶圓與手指之間基準(zhǔn)位置之間的偏移，通過(guò)動(dòng)態(tài)修正運(yùn)動(dòng)軌跡，保證機(jī)器人準(zhǔn)確地將晶圓從真空腔室中的一個(gè)工位傳送到另一個(gè)工位。

（5）符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的真空機(jī)器人語(yǔ)言：根據(jù)真空機(jī)器人搬運(yùn)要求、機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn)及SEMI標(biāo)準(zhǔn)，完成真空機(jī)器人專(zhuān)用語(yǔ)言。

（6）可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在IC制造中，設(shè)備故障會(huì)帶來(lái)巨大的損失。根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)MCBF的高要求，對(duì)各個(gè)部件的可靠性進(jìn)行測(cè)試、評(píng)價(jià)和控制，提高機(jī)械手各個(gè)部件的可靠性，從而保證機(jī)械手滿(mǎn)足IC制造的高要求。

6.潔凈機(jī)器人

潔凈機(jī)器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機(jī)器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進(jìn)行，潔凈機(jī)器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）潔凈潤(rùn)滑技術(shù)：通過(guò)采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤(rùn)滑脂，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境無(wú)顆粒污染，滿(mǎn)足潔凈要求。

（2）高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過(guò)軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實(shí)現(xiàn)潔凈搬運(yùn)的平穩(wěn)性。

（3）控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運(yùn)營(yíng)成本高，通過(guò)控制器小型化技術(shù)減小潔凈機(jī)器人的占用空間。

（4）晶圓檢測(cè)技術(shù)：通過(guò)光學(xué)傳感器，能夠通過(guò)機(jī)器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無(wú)缺片、傾斜等信息。

隨著智能裝備的發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著，機(jī)器人企業(yè)也如雨后春筍般的出現(xiàn)。然而占據(jù)主導(dǎo)地位的還是那些龍頭企業(yè)。