近年来随着我国仓储物流机器人的需求增速提高,应用于这一领域的工业机器人的销量与市场规模也随之增长。同时在发展的过程中以形成Geek+、快仓与海康威视的仓储物流机器人第一梯队以及其他企业组成的第二梯队。
未来随着智能物流的迅速发展以及技术的不断突破,仓储物流机器人将在状态感知、实时决策以及准确执行方面更加智能,应用将更加广泛,需求也将随之增多。
工业机器人行业主要上市公司:埃斯顿(002747)、埃夫特(688165)、ST伯朗特(430394)、华中数控(300161)、新时达(002527)等。
本文核心数据:机器人下游需求增速、叉式移动机器人市场规模、叉式移动机器人销量、仓储物流机器人竞争梯队
1、物流行业机器人增速较快
据MIR统计,2019-2020年我国医疗用品行业与物流行业对工业机器人的需求增速最多,分别达到了26%与20%,其中医疗用品的需求增加主要来自于疫情的刚需,物流领域需求的增加则主要是因为我国仓储物流行业对工作效率的更高要求。
2、仓储物流中AGV机器人应用场景最多
仓储物流机器人在智能仓储环节有六大应用场景,主要为入库、存取、拣选、包装、分拣与出库,不同场景对应的工业机器人如下所示:
3、叉式移动机器人销量逐年增长
在智能仓储物流的环节中,AGV机器人(移动机器人)的应用环节较多,目前的叉式移动机器人(AGV/AMR)是指在叉车上加载各种导引技术,构建地图算法,辅以避障安全技术,实现叉车的无人化作业。随着中国智慧物流的推进速度不断加快,将有更多行业使用AGV机器人替代传统叉车。
据统计,2015-2020年我国叉式移动机器人销量从300台增长到了5000台,市场规模从2.5亿元增长到17.2亿元。
4、国内仓储物流机器人分为两个梯队
在仓储物流机器人迅速发展的过程中,涌现出了不少优秀的企业,其中处于第一梯队的企业主要有Geek+、快仓与海康威视,占了市场的主要份额;第二梯队有艾瑞斯机器人、马路创新与牧星智能等,其中Geek+专注于为企业例如大型商超、医药企业、零售公司等提供以机器人为核心的智能仓储解决方案,是我国仓储物流机器人领域的龙头企业。
5、仓储物流机器人发展趋势
随着物联网技术、人工智能与工业机器人技术合作发展下,未仓储物流机器人在结合物联网与人工智能的情况下其在状态感知、实时决策以及准确执行方面将会有所提升。除此之外,我国工业机器人的发展核心在于核心零部件的技术突破,企业在发展的过程中也应注重自主创新能力的培养。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》。
工业机器人在汽车生产方面的实际应用于以下几个方面:
1.在喷涂方面的应用分析
工业机器人的喷涂工作包括喷漆和涂胶两个主要部分,在合理的利用车身材料的化学性质和物理性质基础上,按照不同的厚度和形状,在减震部位和密封焊接部位涂胶,并且向汽车的车身表面喷漆,保证车身的喷漆光滑且匀称。比如利用工业机器人对汽车的挡风玻璃部位进行自动涂胶系统的应用时,利用PLC 传输玻璃,将控制指令输送到执行元件部分,实现玻璃的固定、对中和夹紧操作,等待工业机器人进行涂胶操作,在涂胶指令执行完成之后,立刻装配车窗玻璃,在15 分钟的时间内快速的安装上汽车的车身玻璃,再利用玻璃胶粘牢玻璃和车身的铂金,再施加适当的外力按压粘结部位,如果玻璃胶没有出现溢出情况,就需要使用浮起密封条进行控制,确保压平的玻璃胶厚度处于4-8mm 的范围之内。
2.在搬运方面的应用分析
根据汽车工件的不同性能、不同形态和不同的安装状态,不同型号的机器人需要按照运行规则执行不同的程序,从而快速、准确的确定工件位置,并选择合适的部位抓取工件,将其稳定且准确的搬运到指定位置,同时还能最大程度上避免零件受到损伤。比如在自动柔性搬运系统中利用工业机器人,可以使用相应的视觉系统标出摄像头画面当中工件的位置和工业机器人的点位关系,准确的判断无清晰定位的工件的位置。机器人在接收到视觉系统发送的位置信息之后,会根据工件的类型和特征进行定位,并自动设置参数,从而快速、准确的抓取工件并进行搬运。
3.在点焊和弧焊方面的应用分析
在汽车的生产过程中,点焊技术的应用具备重要的实践意义,结合不同的运行程序安装焊枪,焊接汽车车身的不同部件和位置,确保焊接操作的精确性控制在±0.25mm的范围当中。除此之外,弧焊装置是工业机器人本体装置中已经配备的送丝装置,利用计算机严格控制工业机器人的运动速度,并借助传感器进行连续轨迹运用控制和点位控制,之后利用工业机器人进行圆弧插补或者直线插补,根据汽车生产的实际情况进行圆弧形焊接操作或者直线焊接操作,从而满足汽车生产需求。
工业机器人home点就是软件里设置的工业机器人所处的初始位置,而工业机器人原点就是工业机器人坐标系的原点位置。
创建机器人Home点
点击右侧工具条中的“Home Positions”命令按钮,弹出Home Positions Viewer对话框,如下图所示,可以看到在Home Positions属性区下机器人已经默认创建了一个Home点位置,即Home_1。
工业机器人具有焊接、搬运、喷涂、切割等用途,下面无锡金红鹰根据工业机器人的类别为大家详细介绍各种机器人的用途:
1、移动机器人:移动机器人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。
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。
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。
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。
5、码垛机器人:码垛机器人是从事码垛的工业机器人,将已装入容器的物体,按一定排列码放在托盘、栈板(木质、塑胶)上,进行自动堆码,可堆码多层,然后推出,便于叉车运至仓库储存。码垛机器人可以集成在任何生产线中,为生产现场提供智能化、机器人化、网络化,可以实现啤酒、饮料和食品行业多种多样作业的码垛物流,广泛应用于纸箱、塑料箱、瓶类、袋类、桶装、膜包产品及灌装产品等。
6、搬运机器人:搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作,大大减轻了人类繁重的体力劳动。它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务,在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势,尤其体现出了人工智能和适应性。
7、喷涂机器人:喷涂机器人又叫喷漆机器人,是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成,液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源,如油泵、油箱和电机等。喷漆机器人一般采用液压驱动,具有动作速度快、防爆性能好等特点,可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。由于机器人的种类繁多,关于机器人工业用途肯定还有很多大家意想不到的领域。
移动机器人(AGV)
移动机器人(AGV)是工业机器人的一种类型点位工业机器人,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。
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,大大提高点位工业机器人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。
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。
关键技术包括点位工业机器人:
(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,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。
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,完成点位工业机器人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,实现点位工业机器人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。
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。
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。
(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。