工业机器人技术性能特点——智能性

相对现在市场对机器人的主流需求(即强、快、准),智能型暂时还不是最迫切的。这也体现了传统工业机器人的优势(任劳任怨、保质保量,是个“干活”的好手)和不足(但很“笨”,老得让人教)。

但不代表智能型不重要,相反企业已经开始做技术投资了。比如怎么让机器人更好的理解人的指挥意图,相对自主的去理解并规划任务,而不需一个点一个点得让人告诉它怎么走;如何让机器人在外围环境发生变化下(光线变暗影响图像识别,传送带上物品有损坏需要特殊处理)自动适应;如何通过触觉视觉听觉等感知判断零部件的装配质量,等等。

工业机器人技术性能特点——机电性能

工业机器人普遍能达到低于0.1毫米的运动精度(指重复运动到点精度),抓取重达一吨的物体,伸展也可达三四米。这样的性能虽不一定能轻易完成苹果手机上一些“疯狂”的加工要求,但对绝大部分的工业应用来说,是足以圆满完成任务。随着机器人的性能逐渐提升,以前一些不可能的任务也变得可行起来(如激光焊接或切割,曾需要专门的高精度设备来指导激光的走向,但随着机器人精度的提升,现在也变得可依赖机器人本身的准确运动来代替了)。

但相比传统高端设备,如高精度数控机床、激光校准设备或特殊环境(高温或特低温)设备等,工业机器人尚力不能及。

工业机器人技术性能特点——人机合作

传统的工业机器人是关在笼子里工作的,因为它实在危险(想象一个抓着几十或几百公斤的家伙以四米每秒的速度甩着,谁也不想靠近吧)。主要原因是一般机器人,基于成本与技术的考虑,不会集成额外的传感器去感知外部的特殊情况(如突然有人触碰),它只会“傻傻”得照着人类编好的程序日复一日的动着,除非有外部信号告诉它停止。

所以常见的方案就是为机器人配备笼子,当笼子门打开时,机器人收到信号便自动暂停。对安全的考虑,自然给机器人集成带来了很多额外的成本,笼子可能并不贵,但毕竟要为此仔细考虑产线排布,增加产线面积,改变人机合作方式等,从而影响生产效率。

所以最近比较受关注的工业机器人都以能安全地和人一起工作“为荣”,如Rethink Robotics的Baxter、UNIversal Robots的PR系列,以及很多传统工业机器人巨头(abb,kuka,Yaskawa等)的半概念半成品的机器人。

工业机器人技术性能特点——易用性

传统机器人的工作本质就是不断地走一个个的路径点,同时接收或设置外围的I/O信号(老和其他设置如夹具,输送线等合作)。而指导机器人这么做得过程,就是机器人编程。几乎每一家领先公司都有自家的编程语言和环境,从而需要机器人操作者参加学习培训。当机器人适用范围增广后,这个成本开始显现了。

这些厂商是有理由维护自家的编程环境的,一来工业机器人四十年前就开始规模化做了,那时还没有什么面向对象等现在广为熟知普遍认同的主流先进编程理念,二来萌芽阶段自家技术难免会和竞争对手不同,维护一个编程方式也无可厚非,三来因为他们的大客户往往也是传统的工业大客户,如大汽车厂商,这些客户求稳,自然不希望你机器人过几年就赶个热潮变换编程方式,搞得他们还得扔掉几十年的经验,重新花大钱培训学习。

然在业界,大家早已思考编程可否做的直观简单些,但在传统厂家中除了一次次地概念性的展示外(如利用外骨骼,3D图像,虚拟现实,iPhone等等),一直没什么商业实用进展,以至于大家再听到“简易编程”等关键词都想吐了。

但庆幸地还是有后来者敢于挑战,也从零开始做出成就,并成为被认可的卖点。对,说的就是Rethink Robotics和Universal Robots!这也鲜活地论证了创新者窘境里为什么颠覆性技术往往不会在领先企业中成功(尽管他们有足够的资源),却总是被后来挑战者发扬光大。因为领先者在颠覆性技术上每走远一步,就往往离自己的铁饭碗远离一步,内外部阻力都很大!

不管怎么,机器人的易用性开始得到重视,如何能让人不经任何(或过多)培训,就能像玩iPhone一样很快玩转机器人,已经变成大厂商们开始大力投资的方向来。

工业机器人技术性能特点——成本

机器人的成本从小型号的几万RMB到大型的上百万RMB都有。这个成本自然低于高端专业制造设备,但也可能会高于国内小集成商们拼凑出的自动化方案来。但从一直来西方工业界及近几年国内制造业对机器人的欢迎程度看来,说明机器人自动化的经济优势普遍到了一个临界点,超过了其他替代方案(人工或专机),看来这个成本还是值得的。

其实要走传统机器人的老路,那硬件成本降低空间不大。工业机器人基本是一个开环的运动机构,靠的就是电机和齿轮箱的高精度配合。而大部分领先厂商的这些关键零部件都是从日本几家厂商那买的,(这也是国内公司自己制造的机器人,买同样的零部件,也不会便宜多少,因为日本厂商不会为了你这点量给多少折扣)。除非中国零部件制造商能静下心来,努力追赶上日本人的技术,从而以价格优势打破多年来的垄断,才能真正促进国内机器人厂商的发展。

另一个就是另辟蹊径,追求其他技术和市场。如RethinkRobotics当时甚至考虑用塑料的齿轮箱来降低成本,而通过视觉来弥补运动精度损失,就像人的眼睛来辅助手的精微操作一样。但毕竟不能一步登天,所以Baxter机器人暂时在精度和速度上完全无法与传统机器人相比,但在它能处理的物料抓放的应用中,却也足够了。也许随着Rethink的努力,会在硬件较差的情况下,通过软件的智能化弥补,来达到与传统工业机器人竞争的程度。

工业机器人技术性能特点——通用性

工业机器人可编程,支持多自由度运动,因此应用较灵活。虽然不及人类,但相对于很多工业自动化常见的专机(专为一类工业应用或一家客户定制的机电集成方案),工业机器人还是灵活多了。工业应用改动不太大时,是可以通过机器人重新编程来满足新的需求,而无需在硬件上再做大量投资。

但相应的,它的相对不足会是效率。毕竟专机是为一个应用定制的,因此虽牺牲通用性但实现了效率优化,在产量这个客户非常关心的指标上能完成地很好。

随着人口红利逐步消失,我国已成为全球最大的工业机器人市场。根据工信部消息,到2020年,我国将形成较为完整的工业机器人产业体系,高端市场占有率达到45%以上。

什么是工业机器人?

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

组成结构

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。

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,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。

工业机器人种类

移动机器人(AGV)

工业机器人的一种类型,它由计算机控制,具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能。

广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能,也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV作为活动装配平台);同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

点焊机器人

具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点,焊接质量明显优于人工焊接,大大提高了点焊作业的生产率。

主要用于汽车整车的焊接工作,生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系,向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国,在该领域占据市场主导地位。

弧焊机器人

主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域,国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。

激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中,通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。

真空机器人

一种在真空环境下工作的机器人,主要应用于半导体工业中,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,其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。

而且国外对中国买家严加审查,归属于禁运产品目录,真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。

洁净机器人

一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高,其对生产环境的要求也日益苛刻,很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行,洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

工业机器人产业链分析

工业机器人行业上游是核心零部件,主要的是减速机和控制系统,这相当于机器人的“大脑”,中游是机器人本体,就是机器人的“身体”,下游是系统集成商,国内企业都集中在这个环节上。

中国工业机器人产业链分析

中国工业机器人上游零部件行业主要是减速机、伺服电机、变频器、控制器等,其中减速器、伺服电机及伺服系统在工业机器人成本中所占比重较大,分别为39%,28%,本体制造占比为22%。

虽然减速机、伺服系统在工业机器人成本中所占比重较大,但国内减速机、伺服电机等关键零部件发展相对滞后,技术水平较低,产品稳定性差,与国外产品相比存在不少差距,导致国内工业机器人减速机、伺服电机等零部件主要依赖进口,国内企业工业机器人生产成本较高,竞争力较弱。其中进口减速机主要有纳博、ABB、Harmonic、住友等品牌,伺服电机主要有安川、库卡、松下、三菱等品牌。

中国工业机器人主要零部件成本占比

工业机器人销售多是通过直销渠道完成,而且以系统集成商居多。同时,工业机器人也可以通过经销商、代理商、贸易商、工程商等非直销当时进行销售,而且国外品牌进入中国市场一般先通过代理商形式进入。核心零部件一般是通过贸易商以及代理商等方式采购。

工业机器人下游用户行业主要是汽车、电子电气、塑料橡胶、化工等领域,主要用于搬运、焊接、包装、码垛、切割、喷涂等,而且随着人工成本逐渐上升,工业自动化水平不断提高,工业机器人的运用领域逐步扩大,用途逐渐增多。

 


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