⼯业机器⼈常见五⼤应⽤领域及关键技术
［本⽂由指南车机器⼈学院推荐阅读］去年全球⼯业机器⼈销量达到24万台，同⽐增长8%。其中，我国⼯业机器⼈市场销量超过6.6万台，继续保持全球第⼀⼤⼯业机器⼈市场的地位。但是，按机器⼈密度来看，即每万名员⼯对应的机器⼈保有量，我国不⾜30台，远低于全球约为50多台的平均⽔平。
前瞻产业研究院《2016-2021年中国⼯业机器⼈⾏业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显⽰：2015年我国⼯业机器⼈产量为 32996台，同⽐增长21.7%。2016年机器⼈产业将继续保持快速增长，今年⼀季度我国⼯业机器⼈产量为11497台，同⽐增长19.9%。此外，数据显⽰，2015年我国⾃主品牌⼯业机器⼈⽣产销售达22257台，同⽐增长
31.3%。国产⾃主品牌得到了⼀定程度的发展，但与发达国家相⽐，仍有⼀定差距。
2016年未来全球⼯业机器⼈市场趋势包括：⼤国政策主导，促使⼯业与服务机器⼈市场增长；汽车⼯业仍为⼯业机器⼈主要⽤户；双臂协⼒型机器⼈为⼯业机器⼈市场新亮点。
⼀、什么是⼯业机器⼈
⼯业机器⼈是⼀种通过重复编程和⾃动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多⾃由度的机电⼀体化⾃动机械装备和系统，它结合制造主机或⽣产线，可以组成单机或多机⾃动化系统，在⽆⼈参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种⽣产作业。
当前，⼯业机器⼈技术和产业迅速发展，在⽣产中应⽤⽇益⼴泛，已成为现代制造⽣产中重要的⾼度⾃动化装备。
⼆、⼯业机器⼈的特点
⾃20世纪60年代初第⼀代机器⼈在美国问世以来，⼯业机器⼈的研制和应⽤有了飞速的发展，但⼯业机器⼈最显著的特点归纳有以下⼏个。
1.可编程。⽣产⾃动化的进⼀步发展是柔性⾃动化。⼯业机器⼈可随其⼯作环境变化的需要⽽再编程，因此它在⼩批量多品种具有均衡⾼效率的柔性制造过程中能发挥很好的功⽤，是柔性制造系统（ＦＭＳ）中的⼀个重要组成部分。
2.拟⼈化。⼯业机器⼈在机械结构上有类似⼈的⾏⾛、腰转、⼤臂、⼩臂、⼿腕、⼿⽖等部分，在控制上有电脑。此外，智能化⼯业机器⼈还有许多类似⼈类的“⽣物传感器”，如⽪肤型接触传感器、⼒传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语⾔功能等。传感器提⾼了⼯业机器⼈对周围环境的⾃适应能⼒。
3.通⽤性。除了专门设计的专⽤的⼯业机器⼈外，⼀般⼯业机器⼈在执⾏不同的作业任务时具有较好的通⽤性。⽐如，更换⼯业机器⼈⼿部末端操作器（⼿⽖、⼯具等）便可执⾏不同的作业任务。
4.机电⼀体化。⼯业机器⼈技术涉及的学科相当⼴泛，但是归纳起来是机械学和微电⼦学的结合——机电
⼀体化技术。第三代智能机器⼈不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，⽽且还具有记忆能⼒、语⾔理解能⼒、图像识别能⼒、推理判断能⼒等⼈⼯智能，这些都和微电⼦技术的应⽤，特别是计算机技术的应⽤密切相关。因此，机器⼈技术的发展必将带动其他技术的发展，机器⼈技术的发展和应⽤⽔平也可以验证⼀个国家科学技术和⼯业技术的发展和⽔平。
三、⼯业机器⼈常见的五⼤应⽤领域
1.机械加⼯应⽤（2%）
机械加⼯⾏业机器⼈应⽤量并不⾼，只占了2%，原因⼤概也是因为市⾯上有许多⾃动化设备可以胜任机械加⼯的任务。机械加⼯机器⼈主要从事应⽤的领域包括零件铸造、激光切割以及⽔射流切割。
2.机器⼈喷涂应⽤（4%）
这⾥的机器⼈喷涂主要指的是涂装、点胶、喷漆等⼯作，只有4%的⼯业机器⼈从事喷涂的应⽤。
3.机器⼈装配应⽤（10%）
装配机器⼈主要从事零部件的安装、拆卸以及修复等⼯作，由于近年来机器⼈传感器技术的飞速发展，导致机器⼈应⽤越来越多样化，直接导致机器⼈装配应⽤⽐例的下滑。
4.机器⼈焊接应⽤（29%）
机器⼈焊接应⽤主要包括在汽车⾏业中使⽤的点焊和弧焊，虽然点焊机器⼈⽐弧焊机器⼈更受欢迎，但是弧焊机器⼈近年来发展势头⼗分迅猛。许多加⼯车间都逐步引⼊焊接机器⼈，⽤来实现⾃动化焊接作业。
5.机器⼈搬运应⽤（38%）
⽬前搬运仍然是机器⼈的第⼀⼤应⽤领域，约占机器⼈应⽤整体的4成左右。许多⾃动化⽣产线需要使⽤机器⼈进⾏上下料、搬运以及码垛等操作。近年来，随着协作机器⼈的兴起，搬运机器⼈的市场份额⼀直呈增长态势。
近年来随着技术发展，⼯业机器⼈技术⽇新⽉异，那么到底不同类型的⼯业机器都涉及哪些⾼科技含量的技术呢？三、六类⼯业机器⼈及其关键技术
1.移动机器⼈（AGV）
移动机器⼈（AGV）是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，它可⼴泛应⽤于机械、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。
国际物流技术发展的新趋势之⼀，⽽移动机器⼈是其中的核⼼技术和设备，是⽤现代物流技术配合、⽀撑、改造、提升传统⽣产线，实现点对点⾃动存取的⾼架箱储、作业和搬运相结合，实现精细化、柔性
化、信息化，缩短物流流程，降低物料损耗，减少占地⾯积，降低建设投资等的⾼新技术和装备。
2.点焊机器⼈
焊接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。
点焊机器⼈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。
随着汽车⼯业的发展，焊接⽣产线要求焊钳⼀体化，重量越来越⼤，165公⽄点焊机器⼈是当前汽车焊接中最常⽤的⼀种机器⼈。2008年9⽉，机器⼈研究所研制完成国内⾸台165公⽄级点焊机器⼈，并成功应⽤于奇瑞汽车焊接车间。2009年9⽉，经过优化和性能提升的第⼆台机器⼈完成并顺利通过验收，该机器⼈整体技术指标已经达到国外同类机器⼈⽔平。
3.弧焊机器⼈
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。
关键技术包括：
（1）弧焊机器⼈系统优化集成技术：弧焊机器⼈采⽤交流伺服驱动技术以及⾼精度、⾼刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和⾼速动态响应，并可实现免维护功能。
（2）协调控制技术：控制多机器⼈及变位机协调运动，既能保持焊枪和⼯件的相对姿态以满⾜焊接⼯艺的要求，⼜能避免焊枪和⼯件的碰撞。
（3）精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线⼯作⽅式的优点，采⽤激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器⼈对复杂⼯件进⾏焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，
焊缝跟踪，提升焊接机器⼈对复杂⼯件进⾏焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进⾏机器⼈运动轨迹的修正，在各种⼯况下都能获得最佳的焊接质量。
4.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。本系统通过⽰教盒进⾏在线操作，也可通过离线⽅式进⾏编程。该系统通过对加⼯⼯件的⾃动检测，
产⽣加⼯件的模型，继⽽⽣成加⼯曲线，也可以利⽤CAD数据直接加⼯。可⽤于⼯件的激光表⾯处理、打孔、焊接和模具修复等。
关键技术包括：
（1）激光加⼯机器⼈结构优化设计技术：采⽤⼤范围框架式本体结构，在增⼤作业范围的同时，保证机器⼈精度；
（2）机器⼈系统的误差补偿技术：针对⼀体化加⼯机器⼈⼯作空间⼤，精度⾼等要求，并结合其结构特点，采取⾮模型⽅法与基于模型⽅法相结合的混合机器⼈补偿⽅法，完成了⼏何参数误差和⾮⼏何参数误差的补偿。
（3）⾼精度机器⼈检测技术：将三坐标测量技术和机器⼈技术相结合，实现了机器⼈⾼精度在线测量。
（4）激光加⼯机器⼈专⽤语⾔实现技术：根据激光加⼯及机器⼈作业特点，完成激光加⼯机器⼈专⽤语⾔。
（5）⽹络通讯和离线编程技术：具有串⼝、CAN等⽹络通讯功能，实现对机器⼈⽣产线的监控和管理；并实现上位机对机器⼈的离线编程控制。
5.真空机器⼈
真空机器⼈是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。
关键技术包括：
（1）真空机器⼈新构型设计技术：通过结构分析和优化设计，避开国际专利，设计新构型满⾜真空机器⼈对刚度和伸缩⽐的要求；
（2）⼤间隙真空直驱电机技术：涉及⼤间隙真空直接驱动电机和⾼洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作⼯艺、电机材料表⾯处理、低速⼤转矩控制、⼩型多轴驱动器等⽅⾯。
（3）真空环境下的多轴精密轴系的设计。采⽤轴在轴中的设计⽅法，减⼩轴之间的不同⼼以及惯量不对称的问题。
（4）动态轨迹修正技术：通过传感器信息和机器⼈运动信息的融合，检测出晶圆与⼿指之间基准位置之间的偏移，通过动态修正运动轨迹，保证机器⼈准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）符合SEMI标准的真空机器⼈语⾔：根据真空机器⼈搬运要求、机器⼈作业特点及SEMI标准，完成真空机器⼈专⽤语⾔。
（6）可靠性系统⼯程技术：在IC制造中，设备故障会带来巨⼤的损失。根据半导体设备对MCBF的⾼要求，对各个部件的可靠性进⾏测试、评价和控制，提⾼机械⼿各个部件的可靠性，从⽽保证机械⼿满⾜IC制造的⾼要求。
6.洁净机器⼈
洁净机器⼈是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。
关键技术包括：
（1）洁净润滑技术：通过采⽤负压抑尘结构和⾮挥发性润滑脂，实现对环境⽆颗粒污染，满⾜洁净要求。
（1）洁净润滑技术：通过采⽤负压抑尘结构和⾮挥发性润滑脂，实现对环境⽆颗粒污染，满⾜洁净要求。
（2）⾼速平稳控制技术：通过轨迹优化和提⾼关节伺服性能，实现洁净搬运的平稳性。
（3）控制器的⼩型化技术：根据洁净室建造和运营成本⾼，通过控制器⼩型化技术减⼩洁净机器⼈的占⽤空间。
（4）晶圆检测技术：通过光学传感器，能够通过机器⼈的扫描，获得卡匣中晶圆有⽆缺⽚、倾斜等信息。
随着智能装备的发展，机器⼈在⼯业制造中的优势越来越显着，机器⼈企业也如⾬后春笋般的出现。然⽽占据主导地位的还是那些龙头企业。
附：⼯业机器⼈的⼗⼤品牌
1.发那科
发那科是⽇本⼀家专门研究数控系统的公司，是世界上唯⼀⼀家由机器⼈来做机器⼈的公司，是世界上唯⼀提供集成视觉系统的机器⼈企业。FANUC机器⼈产品系列多达240种，⼴泛应⽤在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同⽣产环节。
2.库卡
库卡是世界⼯业机器⼈和⾃动控制系统领域的顶尖制造商。库卡⼯业机器⼈的⽤户包括通⽤汽车、西门⼦等众多单位。KUKA的机器⼈产品最通⽤的应⽤范围包括⼯⼚焊接、操作、码垛、包装、加⼯或其它⾃动化作业，同时还适⽤于医院。
3.那智不⼆越
那智不⼆越是从原材料产品到机床的全⽅位综合制造型企业。有机械加⼯、⼯业机器⼈、功能零部件等丰富的产品，应⽤的领域也⼗分⼴泛，例如航天⼯业，轨道交通、汽车制造、机加⼯等。那智不⼆越着眼全球，从欧美市场扩展到中国市场，下⼀步将开发东南亚市场。
4.川崎机器⼈
川崎机器⼈在物流⽣产线上提供了多种多样的机器⼈产品，在饮料、⾷品、肥料、太阳能等多种领域都有⾮常可观的销量。川崎的码垛搬运等机器⼈种类繁多，针对客户⼯场的不同状况和不同需求提供最适合的机器⼈。并且公司内部有展⽰⽤喷涂机器⼈、焊接机器⼈，以及试验⽤喷房等能够为顾客提供各种相关服务。
5.ABB机器⼈
中国已经成为ABB全球第⼀⼤市场。⽬前，ABB机器⼈产品和解决⽅案已⼴泛应⽤于汽车制造、⾷品饮料
、计算机和消费电⼦等众多⾏业的焊接、装配、搬运、喷涂、精加⼯、包装和码垛等不同作业环节，帮助客户⼤⼤提⾼其⽣产率。
6.史陶⽐尔
史陶⽐尔集团制造⽣产精密机械电⼦产品：纺织机械、⼯业接头和⼯业机器⼈。系列齐全的轻、中、重负载机器⼈、4轴SCARA机器⼈、6轴机器⼈、特殊机器⼈，专⽤于众多不同⾏业和应⽤。⽬前史陶⽐尔⽣产的⼯业机器⼈具有更快的速度，更⾼的精度，更好的灵活性和更好的⽤户环境的特点。
7.柯马
柯马公司研发出的全系列机器⼈产品，负载范围最⼩可⾄6公⽄，最⼤可达800公⽄。柯马最新⼀代SMART系列机器⼈是针对点焊，弧焊，搬运，压机⾃动连线，铸造，涂胶，组装和切割的SMART⾃动化应⽤⽅案的技术核⼼。柯马以其不断创新的技术，成为了机器⼈⾃动化集成解决⽅案的佼佼者。
8.爱普⽣机器⼈
⽬前，爱普⽣机器⼈在中国地区推⼴的产品主要以4轴⼯业机器⼈、6轴⼯业机器⼈为主，同时提供业内通⽤的⼯业机器⼈（机械⼿）附件。作为⽔平多关节⼯业机器⼈领域的领先企业，爱普⽣全新的LS系列产品，旨在减轻繁重的⼈⼯操作。
9.⽇本安川
安川机器⼈活跃在从⽇本国内到世界各国的焊接、搬运、装配、喷涂以及放置在⽆尘室内的液晶显⽰器、等离⼦显⽰器和半导体制造的搬运搬送等各种各样的产业领域中。⽇本安川⼯业机器⼈⼀直获得⽤户的青睐。
10.新松机器⼈
新松机器⼈是以机器⼈及⾃动化技术为核⼼，致⼒于数字化⾼端装备制造的⾼技术企业，在⼯业机器⼈、智能物流、⾃动化成套装备、智能服务机器⼈等领域呈产业群组化发展。公司以⼯业机器⼈技术为核⼼，形成了⼤型⾃动化成套装备与多种产品类别，⼴泛应⽤于汽车整车及汽车零部件、⼯程机械、轨道交通、低压电器等⾏业。
