盤點六大種類工業機器人及關鍵技術

最新 09-13

工業機器人最早應用於汽車製造領域，但技術發展至今，工業機器人的應用早已不局限於某個領域，現代工業的方方面面都有工業機器人的身影，下面就盤點一下工業機器人的種類和相應的代表公司。

焊接機器人

焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴塗）的工業機器人。根據國際標準化組織工業機器人術語標準焊接機器人的定義，工業機器人是一種多用途的、可重複編程的自動控制操作機，具有三個或更多可編程的軸，用於工業自動化領域。為了適應不同的用途，機器人最後一個軸的機械介面，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴塗。

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制櫃（硬體及軟體）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對於智能機器人還應有感測系統，如激光或攝像感測器及其控制裝置等。

焊接機器人目前已廣泛應用在汽車製造業，汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。

用這種技術可以提高焊接質量，因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車體上部進行加工，從而縮短了整個焊接生產線長度。

國內生產的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等後橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構件採用衝壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質量要求相當高，其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。

應用機器人焊接後，大大提高了焊接件的外觀和內在質量，並保證了質量的穩定性和降低勞動強度，改善了勞動環境。

碼垛機器人

碼垛機器人是從事碼垛的工業機器人，將已裝入容器的物體，按一定排列碼放在托盤、棧板（木質、塑膠）上，進行自動堆碼，可堆碼多層，然後推出，便於叉車運至倉庫儲存。碼垛機器人可以集成在任何生產線中，為生產現場提供智能化、機器人化、網路化，可以實現啤酒、飲料和食品行業多種多樣作業的碼垛物流，廣泛應用於紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產品及灌裝產品等。配套於三合一灌裝線等，對各類瓶罐箱包進行碼垛。碼垛機自動運行分為自動進箱、轉箱、分排、成堆、移堆、提堆、進托、下堆、出垛等步驟。

對於隨機貨盤來說，碼垛機器人是唯一的選擇。儘管如此，機器人裝載也面臨比較多的問題，如果要以較高的速度進行生產，將更加困難重重。一個處理隨機裝載的機器人碼垛機需要特殊的軟體，通過軟體，機器人碼垛機與生產線的其他部分相連接，這是個巨大的進步。

一個用來建造隨機貨盤的機器人能集成進工廠的倉庫管理系統(WMS)。理想上，它會成為WMS的前段，與倉庫軟體一起協調工作，來生產混合貨盤。

精密的軟體同樣能夠滿足對立即可上架貨盤的需求。一般來說，這就意味著產品碼垛好後，部分或者全部一次包裝容器的標籤都必須是朝外的。機器人碼垛設備還是另外一個苛刻應用的選擇：冷凍倉庫內碼垛。在消費商品包裝領域，在一個冷凍倉庫內處理箱子是最困難的工作之一。工人們不得不頻繁地交替工作來保持身體暖和，這就間接的降低了工作效率並提高了勞動力成本。

在冰凍環境下，自動化的隨機存取式碼垛機並不是正確選擇，因為大多數自動化隨機存取碼垛機都使用在冷庫里會結冰的壓縮空氣管。而與自動化碼垛機相比，碼垛機器人的尺寸更緊湊，由於冷凍倉庫中的空間十分寶貴，因此這點顯得尤為重要。儘管如此，機器人在冷凍倉庫中的應用也存在著一些問題。

在採用碼垛機器人的時候，還要考慮一個重要的事情，就是機器人怎樣抓住一個產品。真空抓手是最常見的機械臂臂端工具（EOAT）。相對來說，它們價格便宜，易於操作，而且能夠有效裝載大部分負載物。但是在一些特定的應用中，真空抓手也會遇到問題，例如表面多孔的基質，內容物為液體的軟包裝，或者表面不平整的包裝等等。

搬運機器人

搬運機器人是可以進行自動化搬運作業的工業機器人。搬運作業是指用一種設備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執行器以完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運機器人逾10萬台，被廣泛應用於機床上下料、衝壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發達國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。

搬運機器人是近代自動控制領域出現的一項高新技術，涉及到了力學，機械學，電器液壓氣壓技術，自動控制技術，感測器技術，單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現代機械製造生產體系中的一項重要組成部分。它的優點是可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優勢，尤其體現出了人工智慧和適應性。

噴塗機器人

噴塗機器人又叫噴漆機器人，是可進行自動噴漆或噴塗其他塗料的工業機器人。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統組成，液壓驅動的噴漆機器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機等。

多採用5或6自由度關節式結構，手臂有較大的運動空間，並可做複雜的軌跡運動，其腕部一般有2～3個自由度，可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部採用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉動，其動作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內部，噴塗其內表面。

噴漆機器人一般採用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數來實現示教。噴漆機器人廣泛用於汽車、儀錶、電器、搪瓷等工藝生產部門。

噴塗機器人的主要優點（1）柔性大。工作範圍大大。（2）提高噴塗質量和材料使用率。（3）易於操作和維護。可離線編程，大大的縮短現場調試時間。（4）設備利用率高。噴塗機器人的利用率可達90%-95%。

裝配機器人

裝配機器人為完成裝配作業而設計的工業機器人。

裝配機器人是柔性自動化裝配系統的核心設備，由機器人操作機、控制器、末端執行器和感測系統組成。其中操作機的結構類型有水平關節型、直角坐標型、多關節型和圓柱坐標型等；控制器一般採用多CPU或多級計算機系統，實現運動控制和運動編程；末端執行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；感測系統又來獲取裝配機器人與環境和裝配對象之間相互作用的信息。

常用的裝配機器人主要有可編程通用裝配操作手即PUMA機器人（最早出現於1978年，工業機器人的祖始）和平面雙關節型機器人即scara機器人兩種類型。

與一般工業機器人相比，裝配機器人具有精度高、柔順性好、工作範圍小、能與其他系統配套使用等特點，主要用於各種電器的製造行業。

裝配機器人主要用於各種電器製造（包括家用電器，如電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱、吸塵器）、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產品及其組件的裝配等方面。

激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用於激光加工中，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。可用於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：採用大範圍框架式本體結構，在增大作業範圍的同時，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，並結合其結構特點，採取非模型方法與基於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。

網路通訊和離線編程技術：具有串口、CAN等網路通訊功能，實現對機器人生產線的監控和管理；並實現上位機對機器人的離線編程式控制制。

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