人常見五大應用領域及關鍵技術

去年全球工業(yè)機器人銷量達到24萬臺，同比增長8%。其中，我國工業(yè)機器人市場銷量超過6.6萬臺，繼續(xù)保持全球第一大工業(yè)機器人市場的地位。但是，按機器人密度來看，即每萬名員工對應的機器人保有量，我國不足30臺，遠低于全球約為50多臺的平均水平。

2022年未來全球工業(yè)機器人市場趨勢包括：大國政策主導，促使工業(yè)與服務機器人市場增長；汽車工業(yè)仍為工業(yè)機器人主要用戶；雙臂協力型機器人為工業(yè)機器人市場新亮點。

一、什么是工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是一種通過重復編程和自動控制，能夠完成制造過程中某些操作任務的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統(tǒng)，它結合制造主機或生產線，可以組成單機或多機自動化系統(tǒng)，在無人參與下，實現搬運、焊接、裝配和噴涂等多種生產作業(yè)。

當前，工業(yè)機器人技術和產業(yè)迅速發(fā)展，在生產中應用日益廣泛，已成為現代制造生產中重要的高度自動化裝備。

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)機器人的研制和應用有了飛速的發(fā)展，但工業(yè)機器人最顯著的特點歸納有以下幾個。

1.可編程。生產自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。工業(yè)機器人可隨其工作環(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程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)（ＦＭＳ）中的一個重要組成部分。

2.擬人化。工業(yè)機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、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)機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、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)境的自適應能力。

3.通用性。除了專門設計的專用的工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機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。

4.機電一體化。工業(yè)機器人技術涉及的學科相當廣泛，但是歸納起來是機械學和微電子學的結合——機電一體化技術。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，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都和微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切相關。因此，機器人技術的發(fā)展必將帶動其他技術的發(fā)展，機器人技術的發(fā)展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業(yè)技術的發(fā)展和水平。

三、工業(yè)機器人常見的五大應用領域

1.機械加工應用（2%）

機械加工行業(yè)機器人應用量并不高，只占了2%，原因大概也是因為市面上有許多自動化設備可以勝任機械加工的任務。機械加工機器人主要從事應用的領域包括零件鑄造、激光切割以及水射流切割。

2.機器人噴涂應用（4%）

這里的機器人噴涂主要指的是涂裝、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、拆卸以及修復等工作，由于近年來機器人傳感器技術的飛速發(fā)展，導致機器人應用越來越多樣化，直接導致機器人裝配應用比例的下滑。

4.機器人焊接應用（29%）

機器人焊接應用主要包括在汽車行業(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，但是弧焊機器人近年來發(fā)展勢頭十分迅猛。許多加工車間都逐步引入焊接機器人，用來實現自動化焊接作業(yè)。

5.機器人搬運應用（38%）

目前搬運仍然是機器人的第一大應用領域，約占機器人應用整體的4成左右。許多自動化生產線需要使用機器人進行上下料、搬運以及碼垛等操作。近年來，隨著協作機器人的興起，搬運機器人的市場份額一直呈增長態(tài)勢。

近年來隨著技術發(fā)展，工業(yè)機器人技術日新月異，那么到底不同類型的工業(yè)機器都涉及哪些高科技含量的技術呢？三、六類工業(yè)機器人及其關鍵技術

1.移動機器人（AGV）

移動機器人（AGV）是工業(yè)機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)（以AGV作為活動裝配平臺）；同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。

國際物流技術發(fā)展的新趨勢之一，而移動機器人是其中的核心技術和設備，是用現代物流技術配合、支撐、改造、提升傳統(tǒng)生產線，實現點對點自動存取的高架箱儲、作業(yè)和搬運相結合，實現精細化、柔性化、信息化，縮短物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設投資等的高新技術和裝備。

2.點焊機器人

焊接機器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點焊作業(yè)的生產率。

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關系，向各大型汽車生產企業(yè)提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是當前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內首臺165公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經過優(yōu)化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。

3.弧焊機器人

弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業(yè)機器人生產企業(yè)主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。

關鍵技術包括：

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

（2）協調控制技術：控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

（3）精確焊縫軌跡跟蹤技術：結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。

4.激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚?、打孔、焊接和模具修復等。

關鍵技術包括：

（1）激光加工機器人結構優(yōu)化設計技術：采用大范圍框架式本體結構，在增大作業(yè)范圍的同時，保證機器人精度；

（2）機器人系統(tǒng)的誤差補償技術：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結合其結構特點，采取非模型方法與基于模型方法相結合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數誤差和非幾何參數誤差的補償。

（3）高精度機器人檢測技術：將三坐標測量技術和機器人技術相結合，實現了機器人高精度在線測量。

（4）激光加工機器人專用語言實現技術：根據激光加工及機器人作業(yè)特點，完成激光加工機器人專用語言。

（5）網絡通訊和離線編程技術：具有串口、CAN等網絡通訊功能，實現對機器人生產線的監(jiān)控和管理；并實現上位機對機器人的離線編程控制。

5.真空機器人

真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應用于半導體工業(yè)中，實現晶圓在真空腔室內的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導體裝備整機的研發(fā)進度和整機產品競爭力的關鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查，歸屬于禁運產品目錄，真空機械手已成為嚴重制約我國半導體設備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅型真空機器人技術屬于原始創(chuàng)新技術。

關鍵技術包括：

（1）真空機器人新構型設計技術：通過結構分析和優(yōu)化設計，避開國際專利，設計新構型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；

（2）大間隙真空直驅電機技術：涉及大間隙真空直接驅動電機和高潔凈直驅電機開展電機理論分析、結構設計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉矩控制、小型多軸驅動器等方面。

（3）真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

（4）動態(tài)軌跡修正技術：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移，通過動態(tài)修正運動軌跡，保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

（5）符合SEMI標準的真空機器人語言：根據真空機器人搬運要求、機器人作業(yè)特點及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：在IC制造中，設備故障會帶來巨大的損失。根據半導體設備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

6.潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機器人。隨著生產技術水平不斷提高，其對生產環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現代工業(yè)產品生產都要求在潔凈環(huán)境進行，潔凈機器人是潔凈環(huán)境下生產需要的關鍵設備。

關鍵技術包括：

（1）潔凈潤滑技術：通過采用負壓抑塵結構和非揮發(fā)性潤滑脂，實現對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

（2）高速平穩(wěn)控制技術：通過軌跡優(yōu)化和提高關節(jié)伺服性能，實現潔凈搬運的平穩(wěn)性。

（3）控制器的小型化技術：根據潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術減小潔凈機器人的占用空間。

（4）晶圓檢測技術：通過光學傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

隨著智能裝備的發(fā)展，機器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢越來越顯著，機器人企業(yè)也如雨后春筍般的出現。然而占據主導地位的還是那些龍頭企業(yè)。