揭示工业机器人发展现状及技术趋势

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访客:15125  发表于:2017-03-24 09:46:50

近年,随着劳动力成本不断上涨,工业领域“机器换人”现象普遍,工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来。由于中国城镇单位就业人员平均工资已经从10年前的18200元飙涨至56399元,高成本劳动力施压下,利用工业机器人转型智能制造成为发展趋势,也是中国制造业的重大战略之一。

目前,机器人产业正在全球范围内加速发展,预计2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长,销量或将达到28.5万台。2015年全球工业 机器人销量同比增长12%,而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。到2018年,这一数字将突破230万台,其中,140万台在亚洲,占比超过一 半。

自2013年以来,中国已成为全球最大的机器人消费国。2014年消费5.6万台机器人,同比增长超55%,占全球总消费量的1/4,相较于2006 年的5800台,猛增近10倍。2015年,中国工业机器人销售量为6.85万台,同比增长19.9%,预计2017年我国工业机器人市场规模有望突破8 万台。

工业机器人由机械本体、控制系统、驱动与传动系统和传感器组件等基本部分组成。是应用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机械装置,能自动执行工作,靠自身动力和控制能力来实现设计功能的装置。机器人的主体为机座和执行机构,主要包括臂部、腕部和手部,有的带有行走机构。既可接受人类指挥,也可按照预先编排的指令程序运行,先进的工业机器人能够根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

自20世纪60年代初机器人问世以来,机器人技术经历了不断的发展,已取得了实质性的进步和成果。主要体现在如下几个方面:

(1)提高生产过程的自动化程度应用机器人,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等自动化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

(2)改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中,用人直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机器人即可部分或全部代替人安全地完成作业,大大地改善工人的劳动条件。同时,在一些动作简单但又重复作业的操作中,以机器人代替人进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

(3)减少人力,便于有节奏的生产应用机器人代替人进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机器人可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机器人,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。

目前,世界上有百万多台工业机器人正在各种生产现场工作;在非制造领域,上至太空舱、宇宙飞船,下至极限环境作业、日常生活服务,机器人技术的应用已拓展到社会经济发展的诸多领域;传统制造领域,工业机器人经过诞生、成长、成熟期后,已成为不可或缺的核心自动化装备。

汽车行业仍是主要应用领域,工业机器人在国内的应用以汽车以及电子工业居多,此外还有橡胶塑料、军工、航空制造、食品工业、医药设备、金属制品等领域。从应用行业看,汽车行业依旧是中国工业机器人市场最大的消费行业,电气机械和器材制造业位居第二位,金属制造行业位居第三位。

(1)热加工生产中的工业机器人。工业机器人在铸造生产中应用广泛,涉及铸造、喷砂处理、喷丸清理及铸件运输等几乎所有环节。

工业机器人在铸造生产中所完成的基本功能包括:从机器的工作区域取出铸件;依次将铸件移送到检测位置,进入冷却装置;放入切边机的压模中;从压模中拿走,分 放在包装箱中;将芯放到铸造砂型中并浇注金属。用于铸造生产中的工业机器人应具有特殊的结构形式,以防止周围介质的作用;如控制柜、控制台、导轨以及摩擦表面的密封,将控制系统布置在独立单元中等。铸造生产中的工业机器人正朝着运行的快速性及可靠性方向发展。

(2)冷加工设备中的工业机器人。工业机器人在锻压设备生产中涉及的应用领域包括:用于曲柄压力机、模压曲柄弯管机、螺旋压力机等。

在锻压生产中应用的工业机器人,其基本功能包括:从规定位置夹持毛坯;移送到工作位置;从一个位置转放到另一个位置(其中包括转动);取下成品件并将其放到包装箱中;抓放废料;发出控制机器人技术综合装置的指令等。

(3)金属切削机床用的工业机器人。在柔性生产单元、柔性制造系统中,采用工业机器人辅助生产是最有成效的方法。目前,具有基本组合模块结构的金属切削机床用工业机器人已经得到广泛的应用。

金属切削机床用的工业机器人所完成的基本功能包括:在机床工作空间内安装事先已经定向的毛坯;从机床上取下零件并放入包装箱(贮料器)中;必要时翻转零件, 清洗零件及夹具的基准面;控制装置发出工艺指令;检测零件等。当采用辅助装置和坐标循环台、升降平台等机构时,可以扩大工业机器人的功能。

(4)装配用工业机器人。在装配生产中的工业机器人,既可为自动装配机服务,又可直接用来完成大批量零件装配作业。

装配作业包括堆垛、拧螺丝、压配、铆接、弯形、卷边、胶合等。为实现工业机器人操作必须保证基本功能的实现:如在垂直方向上手臂应该能作直线运动;机器人结 构在沿垂直轴方向上要有足够高的刚度,能够承受在装配方向上产生相当大的作用力;机器人有补偿定位误差的可能性,即结构的柔顺性,如依靠在垂直于装配基本方向的平面上结构的柔顺性;工作机构能作高速运动。当考虑上述基本功能要求时,装配工业机器人合理的结构应该是带有在水平面上铰接的工作手臂,并具有垂直 行程的工作机构。工业机器人的承载能力不应超过极限值,并且,机器人应具有很灵活的、较大的工作空间以及紧凑的结构。

(5)金属电镀设备用的工业机器人。金属电镀设备用的工业机器人主要用于在电镀槽上的服务及涂漆作业。涉及的应用领域包括:电镀法涂层、化学法涂层、阳极机械法在零件上涂层等。目前,提高金属电镀机器人操作机的移动速度、提高电传动的劳动生产率、减少金属消耗量、减少生产过程所占的工作面积等是该类工业机器人的发展方向。

同样,在工业机器人研究领域,学者们正朝着模糊控制、智能化、通用化、标准化、模块化、高精化、网络化及自我完善和修复能力等方向进行研发。

(1)模糊控制和智能化。模 糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。对于复杂的系统,由于变量太多,用传统控制模型难以正确描述系统的动态,此时便可以用模糊数学来处理这些控制问题。未来机器人的特点在于其具有更高的智能。随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发 展,工业机器人的工作能力将会突破性的提高及发展。

(2)通用化、标准化、模块化。工业机器人的组件及构件实现通用化、标准化、模块化是降低成本的重要途径之一。

(3)高精化。随着制造业对机器人要求的提高,开发高精度工业机器人是必然的发展结果。

(4)网络化。目前应用的机器人大多仅实现了简单的网络通讯和控制,如何使机器人由独立的系统向群体系统发展,使远距离操作监控、维护及遥控是目前机器人研究中的热点之一。

(5)自我完善和修复能力。机器人应该具有自我修复的能力,才能更好地避免因为突发状况导致的生产停顿。当出现错误指令时应该自己进行报警或调试;当元器件损坏时可以自我进行修复。

技术实力与全球差距明显

另外,据数据统计在工业机器人产业全球重要专利申请人中,日本的安川电机公司和发那科公司分别以5823项4512项专利申请位居全球前两 位,abb(2231项)三星(2016项)日立(1907项)三菱(1823项)丰田(1780项)精工爱普生(1714项)松下(1624项)富士通 (1549项)本田(1343项)东芝(1193项)索尼(999项)库卡(889项)和西门子(784项)等公司紧随其后。

在这前十五位全球重要申请人中,日本企业占据了11席,可见目前日本在工业机器人领域具备雄厚的研发实力,在专利技术方面的竞争优势明显全球相关专利申请量Top15的排名中,中国国内专利申请人无一上榜,表明目前中国国内企业与国际巨头之间的技术实力差距明显。

可见,我国工业机器人的核心零部件要想从本质上获得突破,都需要付出更多的耐心和投入,尤其是减速机,期待越大,压力越大,同时前景也可观。

2017中国工业机器人市场发展前景

在政策等多方面的推动下,到2017年末,中国机器人保有量将有超过40万台。未来将有越来越多的中国机器人供应商进入市场。外资和中国本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈。未来中国市场各种机器人的增长潜力巨大。

另外,随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降,未来“十三五”期间,机器人是重点发展对象之一,国内机器人产业正面临加速增 长拐点。相对于服务机器人和商用机器人在国内市场还处于探索期,工业机器人有了一定的发展基础,目前正进入全面普及的阶段。预计到2021年末,我国工业 机器人产量将达到11.15万台;销售量将达到23.04万台以及保有量将达到136.04万台。工业机器人未来在中国的发展潜力将是相当可观。

作者:Maggie,来源:电子发烧友

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