工業(yè)機器人高效精準的五大應用領(lǐng)域，六類機器人及關(guān)鍵技術(shù)

一、什么是工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是一種多功能、多自由度的機電一體化自動機械設備和系統(tǒng)，通過重復編程和自動控制，可以完成制造過程中的一些操作任務。結(jié)合制造主機或生產(chǎn)線，可形成單機或多機自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)搬運、焊接、裝配、噴涂等生產(chǎn)操作。

目前，工業(yè)機器人技術(shù)和工業(yè)發(fā)展迅速，在生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應用，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中重要的高度自動化設備。

二、工業(yè)機器人的特點

自20世紀60年代初第一代機器人在美國問世以來，工業(yè)機器人的開發(fā)和應用發(fā)展迅速，但工業(yè)機器人最顯著的特點如下。

1.可編程。生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。工業(yè)機器人可以隨著工作環(huán)境的變化而重新編程，因此它可以在小批量、多品種、平衡、高效的柔性制造過程中發(fā)揮良好的作用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)的重要組成部分。

2.擬人化。工業(yè)機器人在機械結(jié)構(gòu)上有類似的行走、腰部旋轉(zhuǎn)、前臂、前臂、手腕、爪子等部分，并且在控制方面有計算機。此外，智能工業(yè)機器人還有許多類似于人類的生物傳感器，如皮膚接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應性。

3.通用性。除專門設計的專用工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的操作任務時具有良好的通用性。例如，更換工業(yè)機器人的手端操作器(爪、工具等)。可以執(zhí)行不同的操作任務。

4.機電一體化。工業(yè)機器人技術(shù)涉及廣泛的學科，但它是機械和微電子技術(shù)的結(jié)合。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這與微電子技術(shù)的應用密切相關(guān)，特別是計算機技術(shù)的應用密切相關(guān)。因此，機器人技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)的發(fā)展和應用水平也可以驗證國家科技和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。

三、工業(yè)機器人常用的五大應用領(lǐng)域

1.機械加工應用(2%)

機械加工行業(yè)機器人的應用并不高，只占2%。原因可能是市場上有許多自動化設備可以勝任機械加工任務。機械加工機器人主要從事零件鑄造、激光切割和水射流切割。

2.機器人噴涂應用(4%)

這里的機器人噴涂主要是指涂裝、點膠、噴漆等工作，只有4%的工業(yè)機器人從事噴涂的應用。

3.機器人裝配應用(10%)

裝配機器人主要從事零部件的安裝、拆卸和維修。由于近年來機器人傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，機器人的應用越來越多樣化，直接導致機器人裝配比例的下降。

4.機器人焊接應用(29%)

機器人焊接的應用主要包括汽車工業(yè)中使用的點焊和弧焊。雖然點焊機器人比弧焊機器人更受歡迎，但弧焊機器人近年來發(fā)展迅速。許多加工車間逐漸引入焊接機器人，以實現(xiàn)自動焊接操作。

5.機器人搬運應用(38%)

目前，處理仍然是機器人的第一個應用領(lǐng)域，約占整個機器人應用程序的40%。許多自動化生產(chǎn)線需要使用機器人進行材料、處理和堆垛操作。近年來，隨著合作機器人的興起，處理機器人的市場份額一直在增長。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)日新月異，那么不同類型的工業(yè)機器涉及高科技技術(shù)?

四、六類工業(yè)機器人及其關(guān)鍵技術(shù)

1.移動機器人(AGV）

移動機器人(AGV)是一種工業(yè)機器人，由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網(wǎng)絡交互等功能，可廣泛應用于機械、電子、紡織、香煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)，也用于自動三維倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)(AGV作為活動裝配平臺);同時可作為車站、機場、郵局的運輸工具。

國際物流技術(shù)發(fā)展的新趨勢之一，移動機器人是核心技術(shù)和設備之一，是現(xiàn)代物流技術(shù)、支持、改造、改進傳統(tǒng)生產(chǎn)線、點對點自動存儲、操作和處理，實現(xiàn)精細、靈活、信息，縮短物流流程，減少材料損失，減少面積，減少高新技術(shù)和設備的建設投資。

2.點焊機器人

焊接機器人性能穩(wěn)定，工作空間大，運動速度快，負荷能力強，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點焊作業(yè)的生產(chǎn)率。

點焊機器人主要用于汽車焊接，生產(chǎn)過程由主要汽車主機廠完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)與主要汽車企業(yè)長期合作，為主要汽車制造商提供各種點焊機器人單元產(chǎn)品，以焊接機器人和汽車生產(chǎn)線的形式進入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)主導市場地位。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗集成，重量越來越大。165kg點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的機器人。2008年9月，機器人研究所開發(fā)并完成了中國第一個165kg點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提高的第二臺機器人完成并成功驗收，機器人的整體技術(shù)指標已達到國外同類機器人的水平。

3.弧焊機器人

弧焊機器人主要用于各種汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在這一領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機器人制造商主要向成套設備供應商提供單元產(chǎn)品。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)弧焊機器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機器人采用交流伺服驅(qū)動技術(shù)和高精度、高剛性RV減速器和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動態(tài)響應，可實現(xiàn)免維護功能。

(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機器人和換位機的協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)，滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍與工件的碰撞。

(3)精確焊接軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作模式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現(xiàn)焊接過程中的焊接跟蹤，提高復雜工件焊接機器人的柔性和適應性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊接跟蹤的殘余偏差，根據(jù)偏差統(tǒng)計獲得補償數(shù)據(jù)，修正機器人運動軌跡，在各種條件下獲得最佳焊接質(zhì)量。

4.激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術(shù)應用到激光加工中，通過高精度的工業(yè)機器人實現(xiàn)更靈活的激光加工操作。該系統(tǒng)可以通過示教盒或離線編程在線操作。該系統(tǒng)通過自動檢測加工件，生成加工件模型，然后生成加工曲線，也可以直接使用CAD數(shù)據(jù)進行加工。可用于激光表面處理、沖孔、焊接和模具修復。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)激光加工機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術(shù)：采用大范圍框架本體結(jié)構(gòu)，在增加作業(yè)范圍的同時，保證機器人精度;

(2)機器人系統(tǒng)誤差補償技術(shù)：根據(jù)工作空間大、精度高的綜合加工機器人要求，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，采用非模型方法和基于模型方法的混合機器人補償方法，完成幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術(shù)：將三坐標測量技術(shù)與機器人技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工和機器人操作的特點，完成激光加工機器人專用語言。

(5)網(wǎng)絡通信和離線編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡通信功能，實現(xiàn)機器人生產(chǎn)線的監(jiān)控管理;并實現(xiàn)機器人離線編程控制。

5.真空機器人

真空機器人是一種在真空環(huán)境中工作的機器人，主要用于半導體工業(yè)，實現(xiàn)真空腔內(nèi)晶圓的傳輸。真空機械手難以進口，受限制，用量大，通用性強，已成為制約半導體設備研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵組成部分。此外，國外對中國買家進行了嚴格的審查，屬于禁運產(chǎn)品目錄。真空機械手已成為嚴重制約中國半導體設備制造的頸部問題。直驅(qū)真空機器人技術(shù)屬于原創(chuàng)創(chuàng)新技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)新型真空機器人設計技術(shù)：通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設計，避免國際專利，滿足真空機器人剛度和伸縮比的要求;

(2)大間隙真空直驅(qū)電機技術(shù)：涉及電機理論分析、結(jié)構(gòu)設計、生產(chǎn)工藝、電機材料表面處理、低速大扭矩控制、小型多軸驅(qū)動等。

(3)真空環(huán)境下多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法，減少軸之間的不同心和慣性不對稱。

(4)動態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息與機器人運動信息的整合，檢測晶圓與手指之間的基準位置偏移，通過動態(tài)修正運動軌跡，確保機器人從真空腔室的一個站準確地將晶圓轉(zhuǎn)移到另一個站。

(5)符合SEMI標準的真空機器人語言：根據(jù)真空機器人處理要求、機器人操作特點和SEMI標準，完成真空機器人專用語言。

(6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在IC制造中，設備故障將造成巨大損失。根據(jù)半導體設備對MCBF的高要求，測試、評估和控制各部件的可靠性，提高機械手各部件的可靠性，確保機械手滿足IC制造的高要求。

6.清潔機器人

清潔機器人是一種用于清潔環(huán)境的工業(yè)機器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，對生產(chǎn)環(huán)境的要求也越來越高。許多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要在清潔環(huán)境中進行。清潔機器人是清潔環(huán)境下生產(chǎn)所需的關(guān)鍵設備。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)清潔潤滑技術(shù)：采用負壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，對環(huán)境無顆粒污染，滿足清潔要求。

(2)高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化，提高關(guān)節(jié)伺服性能，實現(xiàn)清潔搬運的穩(wěn)定性。

(3)控制器小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建設和運營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減少潔凈機器人占用空間。

(4)晶圓檢測技術(shù):通過光學傳感器，可以通過機器人掃描獲取卡箱內(nèi)晶圓是否缺片、傾斜等信息。

隨著智能設備的發(fā)展，機器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢越來越明顯，機器人企業(yè)也如雨后春筍般涌現(xiàn)。然而，領(lǐng)先企業(yè)仍然占據(jù)主導地位。

工業(yè)機器人的五大應用包括:汽車制造、電子電氣、食品加工、醫(yī)藥制造和物流倉儲。其中，汽車制造領(lǐng)域應用最為廣泛，約占工業(yè)機器人應用總量的50%以上。而六類機器人則包括:人型機器人、輪式機器人、足式機器人、臂式機器人、蜘蛛式機器人和多關(guān)節(jié)機器人等。在工業(yè)機器人的應用中，關(guān)鍵技術(shù)包括:運動控制技術(shù)、軌跡規(guī)劃技術(shù)、力控制技術(shù)和人機交互技術(shù)等等。