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當下工業機器人應把握好以下幾項關鍵技術

2018-07-09

  我國工業機器人的市場主要集中在汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機械、石油化工等行業。中國作為亞洲第三大的工業機器人需求國,市場發展穩定,汽車及其零部件制造仍然是工業機器人的主要應用領域,隨著我國產業結構調整升級不斷深入和制造業中心向中國的轉移,我國的機器人市場會進一步加大,市場擴展的速度也會進一步提高。本文就當前工業機器人的關鍵技術及其應用進行梳理。

工業機器人

  機器人控制技術

  機器人控制系統是機器人的大腦,是決定機器人功能和性能的主要因素。工業機器人控制技術的主要任務就是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

  關鍵技術包括:

  (1)開放性模塊化的控制系統體系結構:采用分布式CPU計算機結構,分為機器人控制器(RC),運動控制器(MC),光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O、傳感器處理等功能,而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

  (2)模塊化層次化的控制器軟件系統:軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上,采用分層和模塊化結構設計,以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次:硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求,對應不同層次的開發,系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成,這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。

  (3)機器人的故障診斷與安全維護技術:通過各種信息,對機器人故障進行診斷,并進行相應維護,是保證機器人安全性的關鍵技術。

  (4)網絡化機器人控制器技術:目前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展,機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊,便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。

  移動機器人(AGV)

AGV機器人

  移動機器人(AGV)是工業機器人的一種類型,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、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能,也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統(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。

  物流技術發展的新趨勢之一,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、提升傳統生產線,實現點對點自動存取的高架箱儲、作業和搬運相結合,實現精細化、柔性化、信息化,縮短寧波物流流程,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。

  點焊機器人

點焊機器人

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

 

  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。工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系,向各大型汽車生產企業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。

隨著汽車工業的發展,焊接生產線要求焊鉗一體化,重量越來越大,165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中常用的一種機器人。2008年9月,機器人研究所研制完成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。

  弧焊機器人

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,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。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產,根據各類項目的不同需求,自行生產成套裝備中的機器人單元產品,也可向大型工業機器人企業采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領域,本公司與國際大型工業機器人生產企業既是競爭亦是合作關系。

  關鍵技術包括:

  (1)弧焊機器人系統優化集成技術: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,具有良好的低速穩定性和高速動態響應,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優秀的焊接質量。

  激光加工機器人

激光機器人

  激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中,通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統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。可用于工件的激光表面處理、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化設計技術:采用大范圍框架式本體結構,在增大作業范圍的同時,保證機器人精度;

  (2)機器人系統的誤差補償技術: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控和管理;并實現上位機對機器人的離線編程控制。

  真空機器人

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,主要應用于半導體工業中,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。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:通過結構分析和優化設計,避開專利,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、機器人作業特點及SEMI標準,完成真空機器人專用語言。

  (6)可靠性系統工程技術: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。

  潔凈機器人
 

  潔凈機器人是一種在潔凈環境中使用的工業機器人。隨著生產技術水平不斷提高,其對生產環境的要求也日益苛刻,很多現代工業產品生產都要求在潔凈環境進行,潔凈機器人是潔凈環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性潤滑脂,實現對環境無顆粒污染,滿足潔凈要求。

  (2)高速平穩控制技術:通過軌跡優化和提高關節伺服性能,實現潔凈搬運的平穩性。

  (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。

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