工业机器人——工业4.0的核心装备

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gaosmile 发布时间：2020-4-23 17:04

技术帖
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从问世到今天，短短50余年，机器人技术的发展日新月异。在众多制造业领域中，工业机器人应用最广泛的是汽车及汽车零部件制造业，同时也在不断向诸如机械加工、电子电气、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域拓展。

纵观发达国家工业化进程，自动化设备作为提高生产效率的关键手段，其与工业制造技术相结合，在传统装备制造业生产方式的革命性变革进程中起到至关重要的作用。工业机器人的出现更是颠覆性推动了这个进程，作为工业4.0的核心装备，通过提高生产效率、制造精度，优化企业生产流程，改进产品良率，从而帮助企业降低运营成本、提升利润。

中国的“机器换人”不是一句口号

无人工厂、工业机器人正在快速普及，中国的“机器换人”不是一句口号，很多企业都在践行着智能化的改造，一步步让工厂变得更先进、更高效。中国的工厂自动化场景不断冲击我们的眼球，更在刷新我们的认知。智能制造装备发展的趋势是自动化、标准化、集成化和信息化，依托工业机器人等核心装备而形成的完整智能工厂将包括：智能仓储系统、智能物流系统、智能机械设备、智能感知网络和信息整合平台等。

我们先来一起看看令人震撼的高度自动化的中国工厂。

智能工厂一：特斯拉上海超级工厂

特斯拉上海超级工厂，可以说是中国最先进的自动化工厂，无论从装备还是建设速度，堪称中国制造的典范。即使从全球来看，这样水平的工厂也是屈指可数。在每一台机器人的“手”中，繁重的搬运、装配、焊接、喷涂工作如同舞蹈，充满了力量和机械的美感。

智能工厂二：富士康深圳“熄灯工厂”

富士康熄灯工厂里，通过富士康工业云平台(FiiCloud)，为设备与设备、设备与人、人与人搭建了沟通连接的桥梁。FiiCloud将海量设备连接至边缘计算及云端，全面应用到表面贴装、数控加工、机器人、组装测试、环境数据采集等场景，覆盖全行业数据采集。同时使用机器人传感器的模式，开发出机器人AI的自感知、自诊断、自修复、自优化、自适应功能，从而提高产品良率，降低成本。

以深圳“熄灯工厂”为例，通过改造，该生产线从318个工作人员降低到38个工作人员，生产效率提升30%，库存周期降低15%。

智能工厂二：中国才有的无人水饺工厂

中国秦皇岛有这样一家生产水饺的工厂，几千平方的厂房里，干净整洁，机器24小时不休息的工作，可是竟然看不到一个员工。取而代之的是不停往返的机械手以及地表穿插有序的轨道。

工业机器人是提高生产效率、

可靠性和能效的良方

机器人和机械臂是帮助提高生产率并减轻人类繁重、重复或危险任务的关键。从本地化到工厂内部管理，再到全球连接，机器人和机械臂是第四次工业革命或工业4.0的核心。

工业多轴机械臂是一个复杂的机械、电气和电子系统，有多达18种不同的电动机以及大量的传感器和机器对机器（M2M）通信装置。

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。

设计工业机器人的主要挑战有三：安全至上（对于与机械臂交互的人类），可靠性和超长的使用寿命。为了应对这些挑战，开发者会在软硬件方面大量使用冗余机制，并实施预测性维护策略以确保生产效率、提升成本效益。

我们提供多种电机控制解决方案，包括STM32 32位微控制器、各种MEMS惯性单元、环境传感器、分立功率MOSFET、IGBT和智能功率模块（IPM），电源和转换IC等，还有有线和无线连接解决方案可助力开发设计高效并可靠的机械臂和机器人设备。

工业机器人提高了工厂自动化系统的灵活性，两轴和三轴系统可用于提高生产率。

准确性和可重复性是工业机器人的关键指标。可重复性通常是最重要的因素，以确保每次作为生产系统的一部分交付相同的操作。

工业机器人技术采用不同级别的运动控制。简单的拾取和放置组装需要在有限的预示位置重复进行，而诸如焊接和精加工之类的应用则需要以精确的方向和速度进行连续控制。

工业机器人可以与机器视觉系统和机器学习紧密配合，无需培训即可识别机器人手臂的正确位置。机器学习算法可以帮助提高过程的准确性和可重复性，从而提升效率。
直驱机器人和执行器
有一些工业机器人使用直接驱动系统，即直接连接到电动机而不是使用齿轮系统。具有最新功率控制系统的直驱电机可通过降低能耗并在2或3个维度上提供更精确的控制来提高系统效率。
带有精密电机的机械臂可以实现多种灵活操作，可替代多台设备。这将提高生产系统的可靠性和效率，并可连接到工业无线传感器网络。