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工业机器人:工业流水线上的“宠儿”2023-10-07 22:47

  工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称,工业机器人是一种通过编程或示教实现自动运行,具有多关节或多自由度,并且具有一定感知功能,如视觉、力觉、位移检测等,从而实现对环境和工作对象自主判断和决策,能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。

  主体 - 即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3-6个运动自由度,其中腕部通常有1-3个运动自由度;

  驱动系统 - 包括动力装置和传动机构,核心为减速器以及伺服电机,用以使执行机构产生相应的动作;

  控制系统 - 是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。

  关于工业机器人的分类,国际上没有指定统一的标准,可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分。

  上游为减速器、伺服系统、控制系统等关键零部件生产;中游为工业机器人本体生产;下游是基于终端行业特定需求的工业机器人系统集成,主要用于实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能;行业应用主要是汽车、电子等对自动化、智能化需求高的终端行业对工业机器人的应用。

  从地区来看,欧洲、日本牢牢占据着工业机器人天下,日本、德国的工业机器人水平世界领先,这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。

  从企业来看,ABB、发那科(FANUC)、库卡(KUKA)和安川电机(YASKAWA)这四家企业是工业机器人的四大家族,成为世界主要的工业机器人供货商,占据世界约50%的市场份额。

  机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单地说,机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从控制的角度,机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。

  “示教再现”方式:它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作,控制器将示教过程记忆下来,然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作,如喷涂机器人。

  “可编程控制”方式:工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制程序输入给机器人的控制器,起动控制程序,机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成,如果任务变更,只要修改或重新编写控制程序,非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。

  “遥控”方式:由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。

  “自主控制”方式:是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式,它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力,也就是要具有人的某些智能行为。

  以六轴垂直多关节机器人为例(如下图),通过机器人控制器及其控制系统,可实现S轴回旋,L轴下臂倾动,U轴上臂倾动,R轴手臂横摆,B轴手腕俯仰以及T轴的手腕回旋,实现六个轴的动作操作与配合。

  作为工业流水线上的“宠儿”,工业机器人自上世纪末投入应用以来,受到了全球绝大部分国家的欢迎,在一家现代的工厂中,工业机器人的身影几乎随处可见。

  据了解,中国已连续8年成为全球最大的工业机器人消费国,2020年制造业机器人密度达到246台/万人,是全球平均水平的近2倍。当前新一轮科技革命和产业变革加速演进,新一代信息技术与机器人技术深度融合,机器人产业已迎来升级换代、跨越发展的窗口期。

  随着机器人市场发展的速度和企业出现的速度,专业人才储备和人才培养已经刻不容缓。心力量智能科技以技术为本,聚焦高端人才培养,目前已联合多所高职本科院校建设实验培训基地,开设工业机器人专业教育课程,通过产教研的融合发展,资产助教,帮扶就业,建立起持续、稳定的人才培养和供给机制。