工業機器人全知道！

機器人越來越智能化，並在製造企業中擔負起越來越重要的角色。

文丨e-works原創專題

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近年來德國率先提出"工業4.0"概念，美國推行"先進位造夥伴關係"計劃，日本實施"智慧製造系統"，而中國也提出了"中國製造2025規劃"，這些都指向同一個目標，那就是希望通過先進的IT與自動化技術來促進位造業的革新，以實現"智能化"，提升效率，降低成本。

而要實現這個目標工業機器人是不可或缺的一環。

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工業機器人的發展背景

從1920年，"Robot"這個詞被捷克劇作家創造出來，到現在機器人已經發展了近百年，從最初的單純用於搬運的工業機器人，到第二代具有視覺感測器以及信息處理技術的工業機器人，再到目前正在研究的"智能機器人"，工業機器人的發展及應用日新月異。

▲工業機器人發展史，點擊放大看

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工業機器人的應用場景

在短短50多年的時間中，機器人技術得到了迅速的發展，在眾多製造業領域中，工業機器人應用最廣泛的領域是汽車及汽車零部件製造業，並且正在不斷地向其他領域拓展，如機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與傢具製造業等領域中。

在工業生產中，焊接機器人、磨拋加工機器人、焊接機器人、激光加工機器人、噴塗機器人、搬運機器人、真空機器人等工業機器人都已被大量採用。

1磨拋加工機器人

磨拋加工機器人主要應用於航空、航海、核電葉片磨拋，採用機器人持砂帶在葉片表面磨拋，採用柔性接觸、視覺定位的方式減小磨拋缺陷。

與人工磨拋相比，具有加工時間短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特點。能適應大負載，惡劣的工作環境。精度要求高。

2焊接機器人

弧焊機器人主要應用於各類汽車零部件的焊接生產，主要有熔化極焊接作業和非熔化極焊接作業兩種類型。

在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。應用特點：要求快速平穩移動，定位精度要求較高。

3激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用於激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。

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。可用於工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。精度要求較高。

4真空機器人

真空機器人是一種在真空環境下工作的機器人，主要應用於半導體工業中，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進度和整機產品競爭力的關鍵部件。精度要求較高。

5噴塗機器人

噴漆機器人一般採用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數來實現示教。

噴漆機器人廣泛用於汽車、儀錶、電器、搪瓷等工藝生產部門。噴塗機器人所處工作環境惡劣，其精度要求較低。

6搬運機器人

搬運機器人由計算機控制，具有移動、自動導航、多感測器控制、網路交互等功能，它可廣泛應用於各行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用於自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統；

同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。其負載大，無嚴格精度要求。

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工業機器人分類

工業機器人按不同的方法可分下述類型：具體看下圖！

▲可點擊圖片放大看

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工業機器人性能評判指標

表示機器人特性的基本參數和性能指標主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態特性等。

▲工業機器人性能評判指標

1工作空間（Work space）

工作空間是指機器人臂桿的特定部位在一定條件下所能到達空間的位置集合。工作空間的性狀和大小反映了機器人工作能力的大小。

2運動自由度

運動自由度是指機器人操作機在空間運動所需的變數數，用以表示機器人動作靈活程度的參數，一般是以沿軸線移動和繞軸線轉動的獨立運動的數目來表示。

自由物體在空間自六個自由度（三個轉動自由度和三個移動自由度）。工業機器人往往是個開式連桿系，每個關節運動副只有一個自由度，因此通常機器人的自由度數目就等於其關節數。機器人的自由度數目越多，功能就越強。

3有效負載(Payload)

有效負載是指機器人操作機在工作時臂端可能搬運的物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作機的負荷能力。

機器人在不同位姿時，允許的最大可搬運質量是不同的，因此機器人的額定可搬運質量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時腕關節端部都能搬運的最大質量。

4運動精度(Accuracy)

機器人機械系統的精度主要涉及位姿精度、重複位姿精度、軌跡精度、重複軌跡精度等。

位姿精度是指指令位姿和從同一方向接近該指令位姿時的實到位姿中心之間的偏差。重複位姿精度是指對同指令位姿從同一方向重複響應n次後實到位姿的不一致程度。

軌跡精度是指機器人機械介面從同一方向n次跟隨指令軌跡的接近程度。軌跡重複精度是指對一給定軌跡在同方向跟隨n次後實到軌跡之間的不一致程度。

5運動特性（Sped）

速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標。在機器人說明書中，通常提供了主要運動自由度的最大穩定速度，但在實際應用中單純考慮最大穩定速度是不夠的，還應注意其最大允許加速度。

6動態特性

動態特性結構動態參數主要包括質量、慣性矩、剛度、阻尼係數、固有頻率和振動模態。

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工業機器人全方位解讀

1我國的工業機器人現狀

工業機器人之所以能在中國市場異軍突起：

首先是因為在成本上，機器人通常僅為人工成本的四分之一；

其次，機器人在質量、效率、管理等方面還能帶來很多新的附加值。

所以，在機器人技術快速提升、價格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的綜合作用下，中國的工業機器人產業正處於一個井噴時代。

2工業機器人的關鍵技術

工業機器人由3大部分6個子系統組成。3大部分是機械部分、感測部分和控制部分。6個子系統可分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人-環境交互系統、人機交互系統和控制系統。

機器人關鍵基礎部件主要分成以下三部分：高精度減速機，高性能交直流伺服電機和驅動器，高性能控制器等。機器人性能指標主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態特性等。

3工業機器人面臨的技術挑戰

雖然機器人技術在近幾年取得了非常大的進步，但我們要清醒地看到中國工業機器人產業發展面臨的巨大挑戰。

▲工業機器人設備

由於關鍵零部件受國外技術壟斷，國產機器人並不具備顯著成本優勢。同時，大量機器人的生產廠商存在低端鎖定的風險。另外，機器人研發、製造與應用之間缺乏有效銜接。

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工業機器人國內外知名廠商

工業機器人技術水平日趨成熟，已經成為一種標準設備而得到工業界廣泛應用，從而也形成了一批較有影響力的、著名的工業機器人公司。其主要分為日系和歐美系，日系中主要有FANUC、安川、松下、不二越、川崎、愛普生等公司；

歐美系中主要有德國的KUKA、瑞典的ABB、瑞士的史陶比爾、義大利的COMAU公司。在國內，工業機器人產業剛剛起步，但增長的勢頭非常強勁，如新松、安徽埃夫特。

1庫卡（KUKA）

德國庫卡成立於1898年，是世界幾家頂級為自動化生產行業提供柔性，生產系統、機器人、夾具、模具及備件的供應商之一。

1996年，庫卡焊接設備和機器人有限公司分成兩個在市場上獨立運作的公司，即庫卡機器人有限公司及庫卡焊接設備有限公司。

2ABB機器人

1988年創立於歐洲的ABB公司於1994年進入中國，1995年成立ABB中國有限公司。

2005年起，ABB機器人的生產、研發、工程中心都開始轉移到中國，可見國際機器人巨頭對中國市場的重視。目前，中國已經成為ABB全球第一大市場。

3發那科

FANUC（發那科）成立於1956年，是日本一家專門研究數控系統的公司，是世界上最大的專業數控系統生產廠家。

1974年，FANUC首台機器人問世；2008年，FANUC機器人裝機量突破20萬台，居世界首位；2011年，FANUC全球機器人已超25萬台，市場份額穩居第一。

4安川

安川電機（中國）有限公司是有近100年歷史的日本安川電機株式會社全額投資的外商獨資企業，於1999年4月在上海註冊成立。

隨著業務範圍和企業規模的不斷擴大，公司除上海總部外還在廣州、北京、成都等地開設了分公司，並在中國各地區設立了代理店和經銷商。

5松下

唐山松下產業機器有限公司是一家中日合資企業，年產值10億元，專註於中國焊接市場，為中國用戶提供高性能的電焊機、機器人和激光焊接系統。

唐山松下的機器人焊接電源融合式控制器，體現了全數字焊接電源在機器人弧焊技術領域的先進技術水平，得到了國內廣大用戶認可。

6那智不二越（NACHI）

那智不二越公司是1928年在日本成立的，自創立開始一直致力於發展機械技術，以及機械製造事業。

總工廠位於日本富山，北美、南美、歐洲及亞洲也設有生產基地，並在世界範圍內設立了常駐代表機構和銷售網點。

7川崎（Kawasaki）

川崎機器人（天津）有限公司是由川崎重工業株式會社100%投資，並於2006年8月正式在中國天津經濟技術開發區註冊成立。

主要負責川崎重工生產的工業機器人在中國境內的銷售、售後服務（機器人的保養、維護、維修等）、技術支持等相關工作。

8史陶比爾（St?ubli）

史陶比爾公司於1892年創建在瑞士蘇黎世湖畔的Horgen市

製造生產精密機械電子產品：紡織機械、工業接頭和工業機器人，公司員工人數達4000多人，年營業額超過十億瑞士法郎。

9新松（SIASUN）

新松機器人成立於2000年，其機器人產品線涵蓋工業機器人、潔凈（真空）機器人、移動機器人、特種機器人及智能服務機器人五大系列。

公司以近150億的市值成為瀋陽最大的企業，是國際上機器人產品線最全廠商之一，也是國內機器人產業的領導企業。

10柯馬機器人

柯馬（COMAU）是一家隸屬於菲亞特集團的全球化企業，成立於1976年，總部位於義大利都靈。

柯馬業務範圍主要包括：車身焊裝，動力總成，工程設計，機器人和維修服務。柯馬在全球17個國家擁有分公司29個，員工總數達11,000多人。

以上簡單介紹了10種主要的工業機器人廠商，還有更多各位可以自己到網上查資料！

相信通過本文的介紹，各位對工業機器人有比較全面的認識，e-works將帶來更多前沿專業的專題報道！

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