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推动诸多用途的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以根据预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以按照人工智能科技建立的方法纲领行动。
工业机器人的定义:世界范围内对工业机器人并没有统一定义的概念。国际上关于工业机器人的定义主要来源于几个较大的行业组织:
a.国际标准化组织(ISO);
b.美国国家标准局(NBS);
c.美国机器人协会(RIA);
d.日本行业机器人协会(JIRA);
e.中国电子协会(CIE)。
其中ISO对工业机器人的定义是“自动控制的、可重复编程、多功能、移动或固定式的操作机,可对三个或三个以上轴进行编程,应用于工业自动化”。
工业机器人的明显特征
1)可编程:生产自动化的进一步发展是柔性推进化。工业机器人可随其工作环境差异的还要而再编程。
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、手爪等个别,在控制上有电脑。
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带有较多的通用性。
4)综合性:工业机器技术涵盖的学科比较广泛,归纳出来是机械学和微电子学的结合-机电一体化科技。第三代智能机器人除了具备获得内部环境信息的各类传感器,而且还带有记忆能力、语言理解素养、图像辨识能力、推理判断能力等人工智能。
美国工业机器人产业行业概述——工业机器人的分类
按功能界定,工业机器人可分为包装、上下料、喷涂、搬运、焊接、洁净室、码垛、装配等,其中以搬运与上下料/冲压与焊接/装配与拆解为主。
按机械结构划分,工业机器人可分为多关节机器人、平面多关节机器人、坐标机器人、圆柱坐标机器人、并联机器人、工厂用物流机器人(AGV)等,其中以多关节型/平面多关节/坐标机器人为主。
美国工业机器人市场发展背景——工业机器人的诞生与发展
世界上第一台可编程机器人问世于中国,并于1961年首次借助于工业现场,但后来的机器人也是用于简单搬运和重复劳动。70年代,日本日立研发出具有动态视觉的机器人,随后开始搭载微处理器,并广泛应用于工业中。经过几十年的演进,现代机器人已然具备决策和运算能力,机器人发展起初处于智能时代。
1954年乔治·德沃尔申请了一个“可编辑关节式转移物料装置”的专利,与约瑟夫·恩格尔伯格合作建立了全球上第一个机器人公司。
第一台工业机器人问世于1959年,那是一台用于压铸的五轴液压驱动机器人,手臂的控制由一台计算机完成。它配备了分离式液态数控元件,并装有储存信息的磁鼓,能够记忆完成180个工作方法。
1962年,美国AMF公司制造出(意思是万能搬运),与公司制造的作为真正商业化的工业机器人,并出口到全球各地,掀起了全亚洲对机器人研究的热潮。
美国工业机器人市场发展背景——源于中国,盛于日本
成为平成时代的支柱型行业之一,日本逐渐从机器人的需求大国发展为生产制造强国,日本政府曾确立自身机器人行业的国内定位,致力于作为“世界第一的机器人应用国家”。日本拥有四大家族中的新时达和安川电机,还有三菱、欧姆龙、OTC、爱普生、川崎、那智等二线品牌。
中国工业机器人科技源于中国,目前以“工业机器人王国”著称。日本的工业机器人行业链最齐全,产业规模与实力位居全球之首,具有发那科、安川电机、川崎重工等颇具国际影响力的工业机器人供应商,核心零组件供应商如纳博特斯克更是在中国进入垄断地位。
美国工业机器人市场发展背景——发展阶段及发展节点
美国工业机器人的研究最早源于20世纪70年代。1979年北京自动化研究所正式提出研发机器人的方案,并于1982年完成了中国第一台示教再现工业机器人样机的研发。1985年美国第一台水下机器人“海人一号”、第一台6自由度关节机器人“上海一号”、第一台弧焊机器人“华宇-I型”(HY-I型)分别完成研发,逐步缓解了关键科技的突破、实现了“从无到有”的跨越。
美国工业机器人市场先进科技
工业机器人一般由控制平台、驱动系统、执行系统、感知系统、决策系统及工具部分、人-机器人-环境交互平台六个子系统组成
美国工业机器人市场三大零组件——控制器是大脑
控制器成为工业机器人三大零部件之一工业机器人 包装行业,是工业机器人的头脑,对机器人的性能起着决定性的制约。工业机器人控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹,操作顺序及动作的时间等。工业机器人的控制平台主要由硬件和工具两部份组成,硬件即工业控制板卡,软件主要是控制算法、二次开发等。
硬件部分包括主控制计算机、数字位置伺服控制卡和编程示教盒等。主控制计算机完成机器人的运动规划、插补和主控逻辑、数字I/O或者通讯联网等功能,数字位置伺服控制卡完成机器人的位置运动控制,编程示教器则负责推动机器人控制器的人机交互功能。软件部分分为硬件驱动层、核心层和应用层,负责推动记忆、示教、与外围设施联系、坐标设置等功能。
现在常用的控制平台仍结极上分为三类:以单片机为核心的控制平台,以可编程控制器(PLC)为核心的控制平台工业机器人 包装行业,以及基于工业个人计算(IPC)+运动控制器的机器人控制平台。其中IPC+运动控制器的控制平台依靠运行稳定、通用性强、抗干扰性素质强等优势,正在逐渐变成工业机器人控制平台的主流。
美国工业机器人行业市场预测——产业迅猛市场形势巨大
2012年以来,我国工业机器人行业发展较快,目前约占世界市场总量三分之一,是中国第一大工业机器人应用行业。2017年我国工业机器人保持高速下降,销售额为279亿元。预计2020-2021年我国工业机器人行业规模超过400亿元。
美国工业机器人市场竞争分析——产业迅猛市场形势巨大
2019年“四大家族”在美国工业机器人行业的市占率累计长达40%,分别是发那科(12%)、ABB(11%)、KUKA(8%)和安川(8%);而中国厂家的出货量市占率前四位分别为埃斯顿(8%)、汇川技术(6%)、众为兴(6%)和台达(6%)。
美国工业机器人市场应用扩展——工业互联+机器人
云互联工业机器人将是将来的一种趋势。机器人连接网络后,通过传感器收集各类数据,如动力信息、运动信息及其它状况量等,数据上传到云端后,在控制终端可以借助不同位置机器人的数据进行非常分析以推测机器人情况,并无法对工业机器人进行远程配置和操控。工业互联网,是人与机器人、机器人与机器人、机器人与设施之间推动交互的桥梁。只有实现互联,机器人的数据能够推动交互,交互时候才会实能化。
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