工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括但不限于以下五大應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、電子制造、食品飲料、醫(yī)藥制造和物流倉儲(chǔ)。六類工業(yè)機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)如下：移動(dòng)機(jī)器人(AGV)、裝配機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人、切割機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人。這些工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)包括：運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、感知技術(shù)、決策技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)和安全保障技術(shù)。

一、什么是工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是一種多功能、多自由度的機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)，通過重復(fù)編程和自動(dòng)控制，可以完成制造過程中的一些操作任務(wù)。結(jié)合制造主機(jī)或生產(chǎn)線，可形成單機(jī)或多機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、焊接、裝配、噴涂等生產(chǎn)操作。

目前，工業(yè)機(jī)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(yīng)用，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中重要的高度自動(dòng)化設(shè)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)器人在美國問世以來，工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展迅速，但工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)如下。

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(jī)器人在機(jī)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(jì)算機(jī)。此外，智能工業(yè)機(jī)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(fù)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(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)性。

3.通用性。除專門設(shè)計(jì)的專用工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的操作任務(wù)時(shí)具有良好的通用性。例如，更換工業(yè)機(jī)器人的手端操作器(爪、工具等)。可以執(zhí)行不同的操作任務(wù)。

4.機(jī)電一體化。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)涉及廣泛的學(xué)科，但它是機(jī)械和微電子技術(shù)的結(jié)合。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，還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這與微電子技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)，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)證國家科技和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。

三、工業(yè)機(jī)器人常用的五大應(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)器人的應(yīng)用并不高，只占2%。原因可能是市場上有許多自動(dòng)化設(shè)備可以勝任機(jī)械加工任務(wù)。機(jī)械加工機(jī)器人主要從事零件鑄造、激光切割和水射流切割。

2.機(jī)器人噴涂應(yīng)用(4%)

這里的機(jī)器人噴涂主要是指涂裝、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、拆卸和維修。由于近年來機(jī)器人傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來越多樣化，直接導(dǎo)致機(jī)器人裝配比例的下降。

4.機(jī)器人焊接應(yīng)用(29%)

機(jī)器人焊接的應(yīng)用主要包括汽車工業(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，但弧焊機(jī)器人近年來發(fā)展迅速。許多加工車間逐漸引入焊接機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接操作。

5.機(jī)器人搬運(yùn)應(yīng)用(38%)

目前，處理仍然是機(jī)器人的第一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，約占整個(gè)機(jī)器人應(yīng)用程序的40%。許多自動(dòng)化生產(chǎn)線需要使用機(jī)器人進(jìn)行材料、處理和堆垛操作。近年來，隨著合作機(jī)器人的興起，處理機(jī)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(jī)器人技術(shù)日新月異，那么不同類型的工業(yè)機(jī)器涉及高科技技術(shù)?

四、六類工業(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)是一種工業(yè)機(jī)器人，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，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、紡織、香煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)，也用于自動(dòng)三維倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)(AGV作為活動(dòng)裝配平臺(tái));同時(shí)可作為車站、機(jī)場、郵局的運(yùn)輸工具。

國際物流技術(shù)發(fā)展的新趨勢之一，移動(dòng)機(jī)器人是核心技術(shù)和設(shè)備之一，是現(xiàn)代物流技術(shù)、支持、改造、改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)線、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)存儲(chǔ)、操作和處理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)、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(shè)備的建設(shè)投資。

2.點(diǎn)焊機(jī)器人

焊接機(jī)器人性能穩(wěn)定，工作空間大，運(yùn)動(dòng)速度快，負(fù)荷能力強(qiáng)，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)器人主要用于汽車焊接，生產(chǎn)過程由主要汽車主機(jī)廠完成。國際工業(yè)機(jī)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(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品，以焊接機(jī)器人和汽車生產(chǎn)線的形式進(jìn)入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)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(diǎn)焊機(jī)器人是目前汽車焊接中最常用的機(jī)器人。2008年9月，機(jī)器人研究所開發(fā)并完成了中國第一個(gè)165kg點(diǎn)焊機(jī)器人，并成功應(yīng)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(tái)機(jī)器人完成并成功驗(yàn)收，機(jī)器人的整體技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外同類機(jī)器人的水平。

3.弧焊機(jī)器人

弧焊機(jī)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(jī)器人制造商主要向成套設(shè)備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品。

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)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(dòng)態(tài)響應(yīng)，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)器人和換位機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，既能保持焊槍和工件的相對(duì)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(diǎn)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊接跟蹤，提高復(fù)雜工件焊接機(jī)器人的柔性和適應(yīng)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(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)，修正機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，在各種條件下獲得最佳焊接質(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)用到激光加工中，通過高精度的工業(yè)機(jī)器人實(shí)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(dòng)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(jìn)行加工。可用于激光表面處理、沖孔、焊接和模具修復(fù)。

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)：采用大范圍框架本體結(jié)構(gòu)，在增加作業(yè)范圍的同時(shí)，保證機(jī)器人精度;

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

(3)高精度機(jī)器人檢測技術(shù)：將三坐標(biāo)測量技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度在線測量。

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

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

5.真空機(jī)器人

真空機(jī)器人是一種在真空環(huán)境中工作的機(jī)器人，主要用于半導(dǎo)體工業(yè)，實(shí)現(xiàn)真空腔內(nèi)晶圓的傳輸。真空機(jī)械手難以進(jìn)口，受限制，用量大，通用性強(qiáng)，已成為制約半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)進(jìn)度和整機(jī)產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵組成部分。此外，國外對(duì)中國買家進(jìn)行了嚴(yán)格的審查，屬于禁運(yùn)產(chǎn)品目錄。真空機(jī)械手已成為嚴(yán)重制約中國半導(dǎo)體設(shè)備制造的頸部問題。直驅(qū)真空機(jī)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(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)：通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免國際專利，滿足真空機(jī)器人剛度和伸縮比的要求;

(2)大間隙真空直驅(qū)電機(jī)技術(shù)：涉及電機(jī)理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、電機(jī)材料表面處理、低速大扭矩控制、小型多軸驅(qū)動(dòng)等。

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

(4)動(dòng)態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息的整合，檢測晶圓與手指之間的基準(zhǔn)位置偏移，通過動(dòng)態(tài)修正運(yùn)動(dòng)軌跡，確保機(jī)器人從真空腔室的一個(gè)站準(zhǔn)確地將晶圓轉(zhuǎn)移到另一個(gè)站。

(5)符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的真空機(jī)器人語言：根據(jù)真空機(jī)器人處理要求、機(jī)器人操作特點(diǎn)和SEMI標(biāo)準(zhǔn)，完成真空機(jī)器人專用語言。

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

6.清潔機(jī)器人

清潔機(jī)器人是一種用于清潔環(huán)境的工業(yè)機(jī)器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，對(duì)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(jìn)行。清潔機(jī)器人是清潔環(huán)境下生產(chǎn)所需的關(guān)鍵設(shè)備。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)清潔潤滑技術(shù)：采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，對(duì)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(shí)現(xiàn)清潔搬運(yùn)的穩(wěn)定性。

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

(4)晶圓檢測技術(shù):通過光學(xué)傳感器，可以通過機(jī)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(shè)備的發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢越來越明顯，機(jī)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(dǎo)地位。

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