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浅析工业机械人节制手艺与细密减速器手艺

浅析工业机械人节制手艺与细密减速器手艺

作者:admin    来源:未知    发布时间:2018-10-24 04:56    浏览量:

  我国工业机械人的市场次要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大的工业机械人需求国,市场成长不变,汽车及其零部件制造仍然是工业机械人的次要使用范畴,跟着我国财产布局调整升级不竭深切和国际制造业核心向中国的转移,我国的机械人市场会进一步加大,市场扩展的速度也会进一步提高。本文就当前工业机械人的环节手艺及其使用进行梳理。

  机械人节制系统是机械人的大脑,是决定机械人功能和机能的次要要素。工业机械人节制手艺的次要使命就是节制工业机械人在工作空间中的活动位置、姿势和轨迹、操作挨次及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、敌对的人机交互界面、在线操作提醒和利用便利等特点。

  (1)开放性模块化的节制系统系统布局:采用分布式CPU计较机布局,分为机械人节制器(RC),活动节制器(MC),光电隔离I/O节制板、传感器处置板和编程示教盒等。机械人节制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通信。机械人节制器(RC)的主计较机完成机械人的活动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处置等功能,而编程示教盒完成消息的显示和按键的输入。

  (2)模块化条理化的节制器软件系统:软件系统成立在基于开源的及时多使命操作系统Linux上,采用分层和模块化布局设想,以实现软件系统的开放性。整个节制器软件系统分为三个条理:硬件驱动层、焦点层和使用层。三个条理别离面临分歧的功能需求,对应分歧条理的开辟,系统中各个条理内部由若干个功能相对对立的模块构成,这些功能模块彼此协作配合实现该条理所供给的功能。

  (3)机械人的毛病诊断与平安维护手艺:通过各类消息,对机械人毛病进行诊断,并进行响应维护,是包管机械人平安性的环节手艺。

  (4)收集化机械人节制器手艺:目前机械人的使用工程由单台机械人工作站向机械人出产线成长,机械人节制器的联网手艺变得越来越主要。节制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机械人节制器之间和机械人节制器同上位机的通信,便于对机械人出产线进行监控、诊断和办理。

  挪动机械人(AGV)是工业机械人的一品种型,它由计较机节制,具有挪动、主动导航、多传感器节制、收集交互等功能,它可普遍使用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食物、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能,也用于主动化立体仓库、柔性加工系统、柔性拆卸系统(以AGV作为勾当拆卸平台);同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输东西。

  国际物流手艺成长的新趋向之一,而挪动机械人是此中的焦点手艺和设备,是用现代物流手艺共同、支持、革新、提拔保守出产线,实现点对点主动存取的高架箱储、功课和搬运相连系,实现精细化、柔性化、消息化,缩短宁波物流流程,降低物料损耗,削减占地面积,降低扶植投资等的高新手艺和配备。

  焊接机械人具有机能不变、工作空间大、活动速度快和负荷能力强等特点,焊接质量较着优于人工焊接,秒速赛车开奖平台大大提高了点焊功课的出产率。

  点焊机械人次要用于汽车整车的焊接工作,出产过程由各大汽车主机厂担任完成。国际工业机械人企业凭仗与各大汽车企业的持久合作关系,向各大型汽车出产企业供给各类点焊机械人单位产物并以焊接机械人与整车出产线配套形式进入中国,在该范畴占领市场主导地位。

  跟着汽车工业的成长,焊接出产线要求焊钳一体化,分量越来越大,165公斤点焊机械人是目前汽车焊接中最常用的一种机械人。2008年9月,机械人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机械人,并成功使用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月,颠末优化和机能提拔的第二台机械人完成并成功通过验收,该机械人全体手艺目标曾经达到国外同类机械人程度。

  弧焊机械人次要使用于各类汽车零部件的焊接出产。在该范畴,国际大型工业机械人出产企业次要以向成套配备供应商供给单位产物为主。本公司次要处置弧焊机械人成套配备的出产,按照各类项目标分歧需求,自行出产成套配备中的机械人单位产物,也可向大型工业机械人企业采购并构成各类弧焊机械人成套配备。在该范畴,本公司与国际大型工业机械人出产企业既是合作亦是合作关系。

  (1)弧焊机械人系统优化集成手艺:弧焊机械人采用交换伺服驱脱手艺以及高精度、高刚性的RV减速机协调波减速器,具有优良的低速不变性和高速动态响应,并可实现免维护功能。

  (2)协调理制手艺:节制多机械人及变位机协调活动,既能连结焊枪和工件的相对姿势以满足焊接工艺的要求,又能避免焊枪和工件的碰撞。

  (3)切确焊缝轨迹跟踪手艺:连系激光传感器和视觉传感器离线工作体例的长处,采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪,提拔焊接机械人对复杂工件进行焊接的柔性和顺应性,连系视觉传感器离线察看获得焊缝跟踪的残存误差,基于误差统计获得弥补数据并进行机械人活动轨迹的批改,在各类工况下都能获得最佳的焊接质量。

  激光加工机械人是将机械人手艺使用于激光加工中,通过高精度工业机械人实现愈加柔性的激光加工功课。本系统通过示教盒进行在线操作,也可通过离线体例进行编程。该系统通过对加工工件的主动检测,发生加工件的模子,继而生成加工曲线,也能够操纵CAD数据间接加工。可用于工件的激光概况处置、打孔、焊接和模具修复等。

  (1)激光加工机械人布局优化设想手艺:采用大范畴框架式本体布局,在增大功课范畴的同时,包管机械人精度;

  (2)机械人系统的误差弥补手艺:针对一体化加工机械人工作空间大,精度高档要求,重庆时时彩爱彩平台并连系其布局特点,采纳非模子方式与基于模子方式相连系的夹杂机械人弥补方式,完成了几何参数误差和非几何参数误差的弥补。

  (3)高精度机械人检测手艺:将三坐标丈量手艺和机械人手艺相连系,实现了机械人高精度在线)激光加工机械人公用言语实现手艺:按照激光加工及机械人功课特点,完成激光加工机械人公用言语。

  (5)收集通信和离线编程手艺:具有串口、CAN等收集通信功能,实现对机械人出产线的监控和办理;并实现上位机对机械人的离线编程节制。

  真空机械人是一种在真空情况下工作的机械人,次要使用于半导体工业中,实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强,其成为限制了半导体配备零件的研发进度和零件产物合作力的环节部件。并且国外对中国买家严加审查,归属于禁运产物目次,真空机械手已成为严峻限制我国半导体设备零件配备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机械人手艺属于原始立异手艺。

  (1)真空机械人新构型设想手艺:通过布局阐发和优化设想,避建国际专利,设想新构型满足真空机械人对刚度和伸缩比的要求;

  (2)大间隙真空直驱电机手艺:涉及大间隙真空间接驱动电机和高干净直驱电机开展电机理论阐发、布局设想、制造工艺、电机材料概况处置、低速大转矩节制、小型多轴驱动器等方面。

  (3)真空情况下的多轴细密轴系的设想。采用轴在轴中的设想方式,减小轴之间的不齐心以及惯量不合错误称的问题。

  (4)动态轨迹批改手艺:通过传感器消息和机械人活动消息的融合,检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移,通过动态批改活动轨迹,包管机械人精确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。

  (5)合适SEMI尺度的真空机械人言语:按照真空机械人搬运要求、机械人功课特点及SEMI尺度,完成真空机械人公用言语。

  (6)靠得住性系统工程手艺:在IC制造中,设备毛病会带来庞大的丧失。按照半导体设备对MCBF的高要求,对各个部件的靠得住性进行测试、评价和节制,提高机械手各个部件的靠得住性,从而包管机械手满足IC制造的高要求。

  干净机械人是一种在干净情况中利用的工业机械人。跟着出产手艺程度不竭提高,其对出产情况的要求也日益苛刻,良多现代工业产物出产都要求在干净情况进行,干净机械人是干净情况下出产需要的环节设备。

  (1)干净润滑手艺:通过采用负压制尘布局和非挥发性润滑脂,实现对情况无颗粒污染,满足干净要求。

  (2)高速平稳节制手艺:通过轨迹优化和提高关节伺服机能,实现干净搬运的平稳性。

  (3)节制器的小型化手艺:按照干净室建筑和运营成本高,通过节制器小型化手艺减小干净机械人的占用空间。

  (4)晶圆检测手艺:通过光学传感器,可以或许通过机械人的扫描,获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等消息。

  工业机械人是一种配备有回忆安装和结尾施行安装的、可以或许完成各类挪动或工艺来取代身类劳动的通用机械。凡是在出产中能取代工人做某些枯燥、屡次和反复的长时间功课,或是危险、恶劣情况下的功课。它可以或许提拔出产的效率和产物的质量,是企业弥补和替代庖动力的无效方案。

  目前工业机械人成长特点是高速、切确、机身机构紧凑、多自在度和提高刚性,重点范畴还要求重载或响应速度快。例如汽车整车出产的电焊机械人负载大部门在150-300Kg间,而电子范畴的拆卸机械人则需要快速的响应流水线上的配件。

  减速器在机械传动范畴是毗连动力源和施行机构之间的两头安装,凡是它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目标,并传送更大的转矩。目前成熟并尺度化的减速器有:圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、RV减速器、摆线针轮减速器协调波减速器。80-90年代以来,在新兴财产如航空航天、机械人和医疗器械等成长的需求下,需要布局简单紧凑、传送功率大、噪声低、传动平稳的高机能细密减速器,此中RV减速器协调波减速器是细密减速器中主要的两种减速器。

  RV减速器是在摆线针轮传动根本上成长起来的,具有二级减速和核心圆盘支承布局。自1986年投入市场以来,因其传动比大、传动效率高、活动精度高、回差小、低振动、刚性大和高靠得住性等长处是机械人的“御用”减速器。

  谐波减速器由三部门构成:谐波发生器、柔性论和刚轮,其工作道理是由谐波发生器使柔轮发生可控的弹性变形,靠柔轮与刚轮啮合来传送动力,并达到减速的目标;按照波发生器的分歧有凸轮式、滚轮式和偏疼盘式。谐波减速器传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。单机传动比可达到50-4000,而传动效率高达92%-96%。

  行星顾名思义行星减速器就是有三个行星轮环绕一个太阳轮扭转的减速器。行星减速器体积小、分量轻,承载能力高,利用寿命长、运转平稳,噪声低。具有功率分流、多齿啮合独用的特征;是一种用处普遍的工业产物,其机能可与其它军等第行星减速器产物相媲美,却有着工业级产物的价钱,被使用于普遍的工业场所。

  工业机械人的动力源一般为交换伺服电机,由于由脉冲信号驱动,其伺服电机本身就能够实现调速,为什么工业机械人还需要减速器呢?工业机械人凡是施行反复的动作,以完成不异的工序;为包管工业机械人在出产中可以或许靠得住地完成工序使命,并确保工艺质量,对工业机械人的定位精度和反复定位精度要求很高。因而,提高和确保工业机械人的精度就需要采用RV减速器或谐波减速器。细密减速器在工业机械人中的另一感化是传送更大的扭矩。当负载较大时,一味提高伺服电机的功率是很不划算的,能够在适宜的速度范畴内通过减速器来提高输出扭矩。此外,伺服电机在低频运转下容易发烧和呈现低频振动,对于长时间和周期性工作的工业机械人这都晦气于确保其切确、靠得住地运转。

  细密减速器的具有使伺服电机在一个合适的速度下运转,并切确地将转速降到工业机械人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器比拟,机械人关减省速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于节制等特点。大量使用在关节型机械人上的减速器次要有两类:RV减速器协调波减速器。

  比拟于谐波减速器,RV减速器具有更高的刚度和反转展转精度。因而在关节型机械人中,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部;行星减速器一般用在直角坐标机械人上。

  工业机械人系统集成商处于机械人财产链的下流使用端,为终端客户供给使用处理方案,其担任工业机械人使用二次开辟和周边主动化配套设备的集成,是工业机械人主动化使用的主要构成。

  近几年,因为国内工业机械人市场的快速成长,工业机械人系统集成商数量急速扩张,截止到2017岁尾,工业机械人系统集成商数量跨越3000家,而在2014年9月份,该数据还未跨越500。而且国内集成商规模都不大,企业中营收规模跨越1亿元的不跨越100家,绝大部门企业系统集成营业营收不跨越3000万元。此中,营收规模跨越3亿元的企业“大企业”也次要集中于汽车焊接集成范畴。

  截止于2018年7月23日,行业调研组织MIR收录了610家系统集成商,其机械人发卖业绩,可以或许占到全体中国机械人行业的70%以上。MIR还会继续收录系统集成商,打算到岁尾将跨越1000家。

  近期,MIR对这610家集成商的企业性质、上市形态、地域分布、品牌授权、行业笼盖、工业笼盖等方面进行了阐发,阐发成果如下:

  阐发发觉,610家工业机械人系统集成商区域集中度较高,长三角(上海、江苏、浙江)、珠三角(广东)为两大集聚区域,两地域企业合计占比近七成。此中34.3%集中在广东省,31.8%集中在江浙沪地域,10.7%集中在京津冀地域,极端吻合工业机械人区域分布特点。

  究其缘由:汽车、电子行业出产次要分布在华东华南地域,上海、武汉、长春、广州是中国汽车出产基地最为稠密的4大地域,同时,上海、广州也是电子行业的发财地域,在以上地域,▓2017年工业机械人的销量占比最大,达50%以上。

  610份样本中,本土系统集成商数量占领中国机械人企业数量90%以上的比例,但本土系统集成商遍及规模较小,绝大大都厂商的年产值并不高。本土企业优良代表根基集中在汽车整车及汽车零部件范畴,例如四川成焊宝玛、天津福臻、博众精工、安徽巨一等。

  MIR收录的610份样本中,有369家是授权SI,占60%;241家长短授权SI,占40%。绝大大都的中小型SI都长短授权SI,品牌选择次要参考终端客户的选择。授权SI中,有359家是机械人外资企业的授权SI ,有32家是机械人本土企业的授权SI(有些授权SI授权外资品牌,同时也授权本土品牌)。

  能够看出,在中国市场,外资品牌次要的发卖渠道是系统集成商,由于外资工业机械人次要使用在对集成要求高的汽车和电子行业,而依托系统集成商可以或许更快速地拓展市场。

  国产物牌的机械人使用行业比力分离,塑料橡胶、食物饮料、电子制造等都是国产机械人次要使用行业,并以搬运、码垛等精度和负载要求较低的使用体例为主,在此环境下,终端用户的集成需求没有那么高,而在利润相对较少的环境下,国产机械人厂商也倾向直销,以获取更多的利润。因而国产物牌工业机械人厂商多以直销为主。

  据统计显示,目前国内机械人系统集成上市公司大致有60多家,涉及机械人系统集成的上市公司包罗沈阳新松、博实股份、天奇股份、广州数控、埃斯顿等。新三板公司有北人机械人、巨能机械人、铭赛科技等等。

  MIR对610家系统集成商中的541家进行了行业笼盖阐发,此中464家笼盖汽车行业,占比85.8%;204家笼盖电子行业,占比37.7%;122家笼盖家电行业,占比26.6%;112家笼盖食物饮料行业,占比20.7%。

  究其缘由:仍是由于工业机械人普遍使用于汽车、电子、家电、食物、金属加工等行业。近几年,中国工业机械人系统集成商市场次要受汽车行业成长带动,汽车行业系统集成商数量较多。目前中国汽车行业趋于饱和,但其子行业电动汽车行业的成长为中国工业机械人系统集成商市场供给了新的增加动力。与此同时,跟着工业机械人向着更深更远的标的目的成长以及智能化程度的提高,工业机械人系统集成商的行业笼盖从保守制造业推广到了其他制造业,像是半导体、新能源(次要是锂电池行业)、医疗、陶瓷卫浴等行业。以锂电池为例,锂电池出产流程里的入壳、化成、分容、封装、电芯清洗、外观检测、电性检测、模组拆卸、拆卸压合、模组焊接、成品检测等多个环节需要用到大量工业机械人,并且目前锂电池行业处于快速成长阶段,多个锂电池项目都处于上马及升级革新阶段。锂电池行业对工业机械人的大量需求催生了对工业机械人系统集成商的需求,估计将来几年锂电池行业工业机械人系统集成商数量将继续连结快速增加。

  工业机械人使用常见于四大范畴,别离是搬运、加工、查抄及拆卸。各范畴又分为多个工艺,具体工艺细分见下表:

  MIR对610家系统集成商中的541家进行了工艺笼盖阐发。阐发表白,分歧业业系统集成商工艺的笼盖程度分歧,例如在汽车整车及零部件出产中,有大量加工机上下料、设备间搬送、精密模具设计点焊、弧焊、抛光、涂装、拆卸等工序,目前大多都是由工业机械人完成,因而汽车行业机械人系统集成商营业根基城市笼盖这些工艺段;而电子机械人系统集成商,次要集中在加工机上下料、设备间搬送、点焊、弧焊、拆卸等工序。

  △数据解读:以汽车行业为例,MIR阐发了464家涉及汽车行业的工业机械人系统集成商。阐发成果表白有251家营业笼盖加工机上下料工艺、47家笼盖挑撰工艺、108家笼盖码垛工艺、214家笼盖设备间搬送工艺、40家笼盖托板装载工艺、31家笼盖移载・陈列装箱工艺。

  虽然工业机械人使用市场需求量逐年递增,但国产机械人需求量不增反降,国外品牌采购成本高,集成商资金压力较大。

  汽车市场需求量稳居第一,对机械人精度不变性更高,机械人本体市场潜移默化的也影响着集成商的合作市场。

  集成商数量疯狂式的增加,但成天气的少之又少,可预见在不久的未来,良多小规模的集成商将被市场无情的裁减或者被“大鱼”兼并。

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