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国际金属加工网 2018年11月08日

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。

已知最早的工业机器人,符合ISO定义是由“条例”格里菲斯·泰勒于1937年完成并出版的Meccano杂志,1938年3月。

几乎完全是用吊车状装置建成的Meccano件和动力由单个电动机。运动五轴是可能的,包括抢而抢旋转。自动化是用穿孔纸带通电螺线管,这将有利于起重机的控制杆的运动来实现的。该机器人可以在预先设定的图案叠积木。需要为每个所需的运动马达的转数,第一次绘制在坐标纸上。然后这个信息被转移到纸带上,从而也推动了机器人的单个马达。

现在工业机器人技术仍基本集中在日本和欧洲。

在日本,机器人的关键性部件—减速器是遥遥领先的,并且已经形成了技术壁垒;德国则在原材料、本体零部件具有很大的优势;

中国现在处于产业链的下游,主要是系统集成、二次开发、定制性部件和售后服务。

机器人的应用相对来说主要集中在汽车这样一些高端产业,现在机器人几乎是遍布制造业各个领域。2017年国产工业机器人已服务于国民经济37个行业大类,102个行业中类,从销量看,汽车制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业、通用设备制造业以及电气机械和器材制造业使用工业机器人的数量最多。

经过20多年的发展,我国工业机器人已经初具规模,目前我国已生产出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上、一批机器人技术的研究人才也涌现出来、某些关键技术已达到或接近世界水平。

2015年中国工业机器人产量为32996台,同比增长173.83%;2016年中国工业机器人产量为72436台,同比增长19.50%。2017年中国工业机器人产量超过13万台,同比增长81%。

工业机器人原材料成本构成

1、减速机

已经成熟并标准化的减速器有:圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、RV减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器等。

80-90年代以来,在新兴产业如航空航天、机器人和医疗器械等发展的需求下,需要结构简单紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器,其中RV减速器和谐波减速器是精密减速器中重要的两种减速器。

RV减速机,作为一种小体积,大传动比,零背隙,超高传动/体积比的减速机,是精密机械工业的一个巅峰之作,减速机里面完全是由高精度的元件,齿轮相互啮合,对材料科学,精密加工装备,加工精度,装配技术,高精度检测技术提出了极高的要求。

2、伺服电机

工业机器人的必不可少的关键零部件机器人电动伺服驱动系统是利用各种电机产生的力矩和力,直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构,通常由伺服电机以及伺服驱动器组成。除了可以进行速度与转矩控制外,伺服系统还可以进行精确、快速、稳定的位臵控制。

目前国内高端市场主要被国外名企占据,主要来自日本和欧美,未来国产替代空间大。

目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,主要来自日本和欧美。其中,日系产品以约50%的市场份额居首,其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,其产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求,以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源,在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。

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图表:国内工业机器人用伺服电机价格情况

3、控制器

机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置,它是机器人的心脏,决定了机器人性能的优劣,从机器人控制算法的处理方式来看,可分为串行、并行两种结构类型。新型机器人控制器比较突出的优点是它的网络通讯功能利用网络通讯的功能,便于实现资源共享或多台机器人协同工作。

4、其他

(1)机械臂

市面上最常见的工业机器人应用领域就是搬运,点焊,喷涂和弧焊。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。不同的构件需要采用不同的材料。

机器人手臂重了负载及惯量大,轻了机械强度又会有问题,现在多是采用的铝镁合金、碳纤维。

工业机器人机械臂材料涉及到设计,工艺,选型,加工,装配,钣金,模具,液压,各种层面,还有机械臂电缆寿命这些都是在选材时需要考虑的问题。

而不同应用场景下的机器人会有不同的材料需求,有些的需要防止腐蚀,有些的要能够耐高压,高温,所以要根据实际的使用场景来灵活选择。而且现在3D打印技术越来月成熟,制造技术也很快会有跨越式的发展

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图表:工业机器人机械臂市场询价情况

(2)传感器

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图表:工业机器人传感器主要类型

从结构上来看,工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成,分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。从成本上来看,核心零部件占工业机器人成本大头,约72%左右。

多轴工业机器人的成本构成中,机械本体约占22%;伺服系统约占24%;减速器系统约占36%;控制系统约占12%;其他外设约占6%。

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图表:工业机器人成本构成


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