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短期工业机器人技术指导
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短期工业机器人技术指导

工业机器人主要由四大部分构成:精密减速器、伺服电机、控制系统与本体。下图中百分比是各部分整个机器人的成本比例,可以很轻易看出减速器和机器人本体占机器人的成本比重是很大的。

减速器用于提高和确保机器人的工作精度;

伺服电机主要用于反馈和修正位置、速度等参数;

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。

本体是机器人外面.直接的机械结构。

1.减速器

减速器是一种动力传达机构,以齿轮为核心,由皮带轮、传送带、链齿轨、链条组合出各类制品,其功能均在于“降低动力旋转速度,输出与减速比相配的扭矩(力)”,即“降低速度,将较小的力转换为较大的力”。

目前应用于机器人领域的减速机主要有两种,一种是RV减速机,另一种是谐波减速机。在关节型机器人中,由于RV减速机具有更高的刚度和回转精度,一般将RV减速机放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置,价格也较高,而将谐波减速机放置在小臂、腕部或手部。另外一种行星减速机主要应用于简单机器人。占据60%机器人市场份额的发那科、ABB、安川电机、库卡四大家族都是向纳博特斯克和哈默纳科采购,因而短期博特斯克和哈默纳科主导市场的格局仍难以改变,其余市场被住友、SEJINIGB、SPINEA等占据。近年来尽管与日本产品在输入转速、传动精度、传动效率等方面存在较大差距,积极介入的国内减速机厂商并逐步形成了自己的产品系列,并实现批量生产,如苏州绿的谐波传动科技的谐波减速机,南通振康的RV减速机。

2.伺服电机

伺服技术是工业机器人的关键技术,在机器认成本组成里仅次于减速器。

伺服系统主要分为两部分,一是伺服电机,二是控制器。

(1)伺服电机主要用于驱动机器人的关节,要求具备.大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围;

(2)控制器可对其内部参数进行人工设定而实现对机器人的位置控制、速度控制和转矩控制等多种功能。

目前,国外伺服企业在中国的市场占有率达80%,其中日本品牌占比为50%,其..品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,产品特点是:技术和性能水平比较符合中国用户的需求;欧美品牌占比30%,美国以罗克韦尔、丹纳赫、帕光等闻名,而德国则拥有西门子、伦茨、博世力士乐、施耐德等品牌。国产品牌占据了20%的市场,其中内地品牌和台湾品牌分别占据10%的市场,中国台湾以东元和台达为代表,其技术水准和价格水平居于进口中端产品和内地品牌之间;中国内地的品牌主要有华中数控、广数等。

3.控制系统

机器人控制系统是机器人的重要组成部分,用于对操作机的控制,以完成特定的工作任务。

机器人控制器包含运动控制卡、示教盒和主计算机模块。运动控制卡是控制器的底层结构,有时也可以作为简单控制器。其产品和研究主要集中于美国和日本,并有成熟的产品;示教盒是机器人控制系统的重要组成部分,操作者通过示教盒进行手动示教,控制机器人达到不同位姿,并记录各个位姿坐标;主计算机模块是整个控制系统的中枢部分,主要包括主板、CPU、FROM/SRAM组件及伺服卡,负责控制器内部及外围设备的信号交换和处理。

国外系统集成商因为专注于机器人普及率高,国外大型系统集成商通常是在某种工艺里面具有很强的竞争优势。与国内本体厂商面对国外企业强大的竞争不同,国内系统集成商却拥有本土的许多比较优势,包括渠道优势、价格优势、工程师红利等。系统集成项目是非标准化的,每个项目都不一样,不能....复制,所以比较难上规模。因此,系统集成商很难通过并购的方式扩张规模。按工业机器人的需求及更新市场规模测算,2020年我国工业机器人控制器的市场需求33亿元左右。此外,控制器的使用不仅仅局限在工业机器人领域,在其它高端设备上的应用也非常普遍。机器人控制器的主要供应商主要包括包括国外的几大主机厂商和国内的众为兴、固高科技等企业。目前国内企业开发的控制器可满足基本功能需求。从目前的技术来看,机器人的核心部件中控制器偏软件(其软件成本占比约40%).易突破,目前国内企业开发的工业机器人控制器产品已经可以满足大部分功能需求,固高科技在PC based控制器领域市占率接近50%。国外的机器人四大巨头中,除了安川电机的机器人控制器属于外购,其它三家企业均采用自制的控制器。

4.本体

机器人本体作为机器人行业.为直接的表现者,关系到机器人的终端应用市场。

国外的机器人本体企业凭借长时间的技术和经验积累,在技术上明显强于国内机器人本体,因此,当前,国外的机器人本体厂商占据了我国机器人市场约90%的份额。

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