爱吧机器人网 » 技术 > 机器人学 > 正文

工业机器人之三大零组件:电机、控制器与减速器分析

根据国际机器人联合会(International Federation of Robotics;简称IFR)定义,机器人分为工业机器人(Industrial Robots)及服务型机器人(Service Robots)。其中,目前工业机器人又佔全球机器人80%的市佔率,远高于服务型机器人。

若以机械结构来看,工业机器人可区分为单轴机器人、座标机器人、水平多关节机器人(SCARA)、垂直多关节机器人以及并联式机器人(DELTA)等,以下依序就这五种类型来说明。

一、工业机器人之五大机械结构

1. 单轴机器人

单轴机器人一般分为两种传动方式,一为滚珠螺杆传动,二为同步齿形带(简称:同步带)传动,两种皆是以直线导轨做为导向,并配合伺服电机或步进电机,来实现不同应用领域的定位、移载、搬运等等。透过不同的组合样式,还可以实现两轴、三轴、龙门式的组合。

单轴机器人的应用领域涵盖半导体、家电、医疗、汽车、包装、点胶机、焊接、切割、检测等自动化应用领域,而台湾的上银科技在单轴机器人的市场名列全球前三。

\

2. 直角座标机器人

直角座标机器人是基于X、Y、Z直角座标,在各座标的长度范围内进行工作或运动,适用于搬运、取放等作业,可应用的领域包括射出成型机取出用手臂、移动并定位、堆迭、锁螺丝、切割、装夹、压入、插取、装配、自动药房等。

台湾机器人相关业者数量约有80家,现有40家以上的业者可从事座标机器人相关设备的设计开发,所使用的关键零组件国产化程度较高。在射出成型机取出用机械手臂中,天行自动化(Alfa)与台湾精锐(Apex)为该领域之领先业者,并在中国大陆具有一定的市场佔有率。

\

3. 水平多关节(SCARA)机器人

水平多关节机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm;缩写SCARA ),是一种圆柱座标型的特殊类型工业机器人。一般有4个自由度,包含沿X、Y、Z方向的平移和绕Z轴的旋转。

SCARA机器人的特点是负载小、速度快,因此其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业或是食品行业等领域。例如IC产业的晶圆、面板搬运、电路板运送、电子元件的插入组装都可以看到SCARA机器人的踪迹。国外厂商包含EPSON、IAI、DENSO等日厂。国内厂商则有台达电、东佑达、上银。

\

4. 垂直多关节机器人

垂直多关节机器人,有相当高的自由度,适用于任何轨迹或角度的工作。其具有三维运动的特性,可做到高阶非线性运动,是目前最广泛应用的自动化机械装置,常用于汽车製造商、汽车零组件与电子相关产业。

上银科技、和桩科技、鸿海集团均在国际机器人展览中推出自有品牌之六轴多关节机器人,然而关键零组件谐波减速机(Harmonic Drive)仍需外国进口,所以在价格上较不具竞争力。

\

5. 并联式(DELTA)机器人

并联式机器人亦称为DELTA机器人,透过上平台之三组动力结构带动主动臂与被动臂至末端平台进行位移,并可在末端搭载第四轴或是自上平台连结第四轴作为旋转轴。

由于其构造简单,在移动上能达到最短路程,机构也容易小型化,可达到高速高精度的控制,因此主要应用于高速取放、筛选作业,主要应用于食品业、电子检料、製药、包装等用途。一般情况下,一个并联机器人可以替代4-6个人工,帮助用户有效提高生产效率,降低生产成本。

\

二、工业机器人之三大零组件

了解完工业机器人的五种机械结构后,接下来我们来谈谈工业机器人剩下的三大关键零组件:减速机、伺服马达、控制器。这些零组件约佔机器人整机成本的60-70%,是迈入工业机器人产业相当重要的门槛。

\

以全球四大工业机器人大厂(瑞士ABB、日本发那科FANUC、德国库卡KUKA、日本安川YASKAWA)来看,控制器是唯一皆自行製造的关键零组件,伺服马达及减速器则部分外购,以下将依序就这三项零组件来说明:

\

1. 减速器

减速器是连接动力源与执行机构之间的传动机构,能将马达的转速降低,并让转矩提升。其将电动机、内燃机等高速运转的动力,透过输入轴上的小齿轮啮合后,再输出至轴上的大齿轮以达到减速的目的,并藉此传递更大的力矩。

减速器特别讲究高可靠度、高精度、高刚性,是个重资产、高投入、慢回报的产业。从全球工业机器人大厂来看,多未自行研发减速器,而是主要仰赖日本纳博特斯克(Nabtesco)及哈默纳科(Harmonic Drive)等两大巨头,光这两大厂就佔了减速器70%以上的市场份额。

依据IFR估计,2019工业机器人销量将达41.4万台,若以一台多关节工业机器人需要4-6个减速器来看,市场将有两百多万组减速器的需求,可见其成长速度会比工业机器人来得快。

2. 伺服马达

伺服马达是工业机器人的动力系统,一般安装于机器人的「关节」处,是机器人运动的心脏,通常又可细分为两个部分,一为马达本体,二为运动控制系统。

主流供应商包括日本松下、摩川、安川、三菱、三洋、富士以及欧美厂商如德国伦茨(Lenze)、博世力士乐(Bosch Rexroth)。目前光是日系品牌即佔全球机器人市场40%市佔率。在台湾,伺服马达品牌如东元、台达电亦有不错表现。

3. 控制器

控制器为机器人之「大脑」,包含硬体及软体两部分。硬体是工业控制板卡,软体则是控制演算法。一般较成熟的机器人厂商多半自行开发控制器,以保证品质的稳定性及产品的维修体系,因此也是各机器人製造商的核心技术所在。

除了全球四大机器人大厂自行研发控制器外,EPSON、DENSO、TOSHIBA亦深耕控制器领域,生产自有品牌的机器人。而在台湾,诸如工研院、研华宝元、新汉等厂商,近几年在全球控制器市场也有不错的成绩。

上一篇:DeepMind开发新系统 让AI机器人具备自学能力
下一篇:制造业机械手亟待升级,「 柔触机器人」推出模块化设计柔性手爪
精选推荐
全自动膝关节置换手术机器人被美国FDA批准上市
全自动膝关节置换手术机器人被美国FDA批准上市

[2019-10-14]  美国Think Surgical公司已获得美国食品和药物管理局(FDA)的批准,在美国销售用于全膝关节置换(TKA)的TSolution One®全膝关节应用 ...

CES 2018:英特尔推出49量子位芯片争夺量子霸权
CES 2018:英特尔推出49量子位芯片争夺量子霸权

[2018-01-10]  在与Google、IBM的一场关于建立量子计算系统的马拉松比赛中,英特尔通过了一个关键的里程碑。近日,这个科技巨头已经推出了一个49个量子位 ...

这些人型机器人是如此真实,你的肉眼几乎无法区分
这些人型机器人是如此真实,你的肉眼几乎无法区分

[2017-09-03]   我们生活在一个区分现实与幻想变得越来越困难的世界。由于机器人技术的进步,创造人工的人类正在逐渐接近完美的最终目标。我们现在看到的机器人不再只是一块发光二极管,......

通过对抗性图像黑入大脑
通过对抗性图像黑入大脑

[2018-03-02]  在上面的图片中,左边是一张猫的照片。在右边,你能分辨出它是同一只猫的图片,还是一张看起来相似的狗的图片?这两张图片之间的区别在于, ...

美国喷气推进实验室的AI驱动无人机挑战人类飞行员
美国喷气推进实验室的AI驱动无人机挑战人类飞行员

[2017-12-08]  随着无人机及其组件越来越小,效率越来越高,功能越来越强大,我们已经看到越来越多的研究开始让无人机自主飞行在半结构化的环境中,而不依赖于外部定位。 宾夕法尼亚大学在......

智能农业:种地的事儿未来全交给这些机器人吧
智能农业:种地的事儿未来全交给这些机器人吧

[2019-12-07]  SRC公司创始人Sam与温波尔庄园农场经理Callum Weir以及监控机器人Tom总部位于英国的农业科技初创公司SRC(Small Robot Company),正在 ...

麻省理工最新机器人“装配工”未来可建造太空基地
麻省理工最新机器人“装配工”未来可建造太空基地

[2019-10-17]  两个机器人原型把一系列小单元组装成大结构体麻省理工学院科研人员最近提出一种新型机器人技术,即一种小型机器人系统,能够自主地用统一规 ...

九台“猎豹”机器人组队踢球,麻省理工高材生们的高级趣味
九台“猎豹”机器人组队踢球,麻省理工高材生们的高级趣味

[2019-11-09]  本周,在麻省理工学院10号楼外草坪上展开了一场别开生面的足球比赛。在绿草如茵的基利安球场上,一群由人工智能驱动的机器人就是这场比赛的 ...

本周栏目热点

全面了解机器人的精度

[2018-05-07]  1 绝对精度是啥玩意? 这个软件能否后刷进机器人系统?关于第二个问题,近期有不少客户询问本助手,这个软件可以后刷到系统里卖面吗?可以 ...

机器人离线编程误差来源分析及消除办法

[2018-01-02]  随着机器人应用领域越来越广,传统的示教编程这种编程手段有些场合变得效率非常低下,于是离线编程应运而生,并且应用越来越普及。初用离线编程的朋友,总会被最后生...

工业机器人之三大零组件:电机、控制器与减速器分析

[2018-03-20]  若以机械结构来看,工业机器人可区分为单轴机器人、座标机器人、水平多关节机器人(SCARA)、垂直多关节机器人以及并联式机器人(DELTA)等,以下依序就这五种类型来说明。...

工业机器人常用气缸的内部结构和工作原理

[2017-12-21]  气缸的组成 : 缸体,活塞,密封圈,磁环(有传感器的气缸)。原理 : 压力空气使活塞移动,通过改变进气方向,改变活塞杆的移动方向。失效形式 : 活塞卡死,不动作;气缸......

一文读懂机器人传感器的秘密

[2017-12-20]  机器人也是通过感知系统来感知世界,这个感知系统是通过各种各样的传感器组成的。传感器可以感受外界的信号,如光、热、烟雾、压力和湿度等等,并将信息传递给下一级装置,机......