技術(shù)
1．產(chǎn)業(yè)鏈：上游零部件、中游本體、下游集成應(yīng)用
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為原材料、核心零部件、本體制造、系統(tǒng)集成服務(wù)等環(huán)節(jié)，由于原材料在機(jī)器人制造成本中占比不大，因此本文將對機(jī)器人本體、核心零部件、系統(tǒng)集成等三個環(huán)節(jié)做詳細(xì)介紹和分析
分揀機(jī)器人特點(diǎn)核心零部件環(huán)節(jié)：機(jī)器人的控制過程由控制器發(fā)指令給伺服驅(qū)動，然后驅(qū)動伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，最后通過減速機(jī)執(zhí)行動作，控制器、伺服電機(jī)、減速器等三大核心零部件占據(jù)了工業(yè)機(jī)器人成本的70％以上
本體制造環(huán)節(jié)：機(jī)器人本體也稱為機(jī)器人裸機(jī)，按照機(jī)械結(jié)構(gòu)分，可以分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人等
集成應(yīng)用環(huán)節(jié)：是指在本體上安裝夾具及其他配套系統(tǒng)以完成特定功能，按照應(yīng)用分類可以分為搬運(yùn)應(yīng)用、焊接應(yīng)用、噴涂應(yīng)用、切割應(yīng)用等，按照行業(yè)可分為汽車、電子電氣行業(yè)等
2．結(jié)構(gòu)：三大部分、六子系統(tǒng)
機(jī)器人是一個典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由三大部分、六子系統(tǒng)組成，三大部分分別是機(jī)械部分、傳感部分、控制部分，六個子系統(tǒng)分別是：
驅(qū)動系統(tǒng)：為工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動提供動力，這種動力可能來自液壓傳動等；該系統(tǒng)包含了提供動力的硬件如電機(jī)等，也包括控制電機(jī)的伺服系統(tǒng)等
機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：工業(yè)機(jī)器人的外觀主體，即本體，包括機(jī)身、臂部、手腕、關(guān)節(jié)、末端操作器等；該系統(tǒng)主要是硬件
控制系統(tǒng)：根據(jù)作業(yè)指令及傳感器反饋回來的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該系統(tǒng)包括了控制算法，和硬件空間柜或控制器，其中控制算法是工業(yè)機(jī)器人實現(xiàn)精確操作的核心
感受系統(tǒng)：獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部信息，幵把這些信息反饋給控制系統(tǒng)；這些信息包括操作器的位置和速度、環(huán)境溫度、行走誤差等；該系統(tǒng)包括了傳感器等硬件，及信號處理的算法
人機(jī)交互系統(tǒng)：實現(xiàn)人員操控工業(yè)機(jī)器人的接口，操作人員的指令可通過該系統(tǒng)將指令轉(zhuǎn)化為機(jī)器可解析的語言；該系統(tǒng)包含了人機(jī)交互界面等硬件及相關(guān)軟件算法
機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)：一臺機(jī)器人通常并非單獨(dú)工作，而是要和其他機(jī)器人或其他設(shè)備協(xié)同工作，因此需要機(jī)器人有與其他設(shè)備交流的能力，該系統(tǒng)主要是軟件系統(tǒng)
如果將機(jī)器人與人對比，機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng)于人類的骨骼，驅(qū)動系統(tǒng)相當(dāng)于肌肉，控制系統(tǒng)相當(dāng)于大腦，感受系統(tǒng)相當(dāng)于神經(jīng)，交互系統(tǒng)相當(dāng)于傳播信息的嘴巴和耳朵，多個系統(tǒng)密切協(xié)作，完成復(fù)雜的動作
三、零部件
3．三大核心：減速器、伺服電機(jī)、控制器
從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)上看，工業(yè)機(jī)器人由減速器、伺服電機(jī)、控制器、本體四大部件構(gòu)成，前三者分別占整機(jī)成本約35％、20％、15％，合計70％
四、減速器
4．定義：轉(zhuǎn)速下降、扭矩增大、控制精度
提供動力的電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，通常與工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場景不匹配，這就需要減速器這種機(jī)械來使輸出轉(zhuǎn)速降下來，除此之外，減速器還有另外兩個作用：
一是增加電機(jī)的輸出扭矩：對于同一個電機(jī)來說，其輸出功率與扭矩成反比，即：P＝9550·n·T，因此當(dāng)使用減速器降低輸出轉(zhuǎn)速后，輸出的扭矩相應(yīng)會提高，使機(jī)器人可以承擔(dān)更高的載重負(fù)荷
二是提高控制精度：這類似于時鐘的原理，如果直接通過控制時針來計時，在讀取非整數(shù)時刻的時候誤差非常大；通過控制轉(zhuǎn)速更高的秒針，帶動分針和時針，大大降低了控制難度，提高了控制的精度通常，在工業(yè)機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)處，都有一個電機(jī)，每個電機(jī)配套使用一個減速器，減速器的核心性能參數(shù)是傳動比，其他參數(shù)如噪音、壽命、回差等也比較重要
5．市場規(guī)模：百億
我國減速器市場規(guī)模約75億元
小黃車分揀機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)6．分類：小諧波、大RV
減速器的分類形式有多種，工業(yè)機(jī)器人常用的一般有兩種：一種是諧波減速器，通常體積小、傳動比大、零間隙，多用于小臂、腕部或手部等輕負(fù)載的位置；另一種是RV減速器，通常具有更高的剛性和回旋精度，慣性小，具有良好的加速性能，廣泛用于機(jī)座、大臂、肩部等負(fù)載較重的位置
7．諧波：發(fā)生器、柔輪、鋼輪
諧波減速器1957年由沃爾頓·穆塞發(fā)明，由三部分組成：諧波發(fā)生器、柔性輪和剛輪，其工作原理是由諧波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形，靠柔輪與剛輪嚙合來傳遞動力，并達(dá)到減速的目的，按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤式，諧波減速器傳動比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少且傳動效率高。單機(jī)傳動比可達(dá)到50－4000，而傳動效率高達(dá)92％－96％
看個視頻就明白諧波減速器的原理了～
8．RV：擺線輪＋行星輪
RV減速器結(jié)構(gòu)主要分為兩級：第一級為漸開線圓柱齒輪行星傳動機(jī)構(gòu)，第二級擺線針輪傳動主要構(gòu)件包括轉(zhuǎn)臂曲柄、擺線輪、針齒殼。其特點(diǎn)在于在承受大負(fù)載的同時保證高的運(yùn)動精度，其技術(shù)難點(diǎn)在于加工工藝：1）擺線輪零件對鋼材尺寸精度、形位公差以及粗糙度要求極高，擺線齒廓曲線要求修形精準(zhǔn)，強(qiáng)度硬度要求高；2）RV減速器對零件的加工、裝配精度要求非常高
RV減速器一般應(yīng)用于重載機(jī)器人的腿部腰部和肘部三個關(guān)節(jié)，相比諧波減速器，RV減速器具有更高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長，運(yùn)動精度會顯著降低，其缺點(diǎn)是重量重，外形尺寸較大
9．全球：納博特斯克RV、哈默納科諧波
精密減速器制造投資大，技術(shù)難度高，有很高的壁壘，全球工業(yè)機(jī)器人減速器的市場高度集中，日本納博特斯克壟斷RV減速器，占全球60％，日本哈默納科主打諧波減速器占15％
快遞分揀機(jī)器人是哪個企業(yè)的10．中國：諧波綠的來福、RV雙環(huán)振康中大力德
蘇州綠的諧波2019年銷量9萬臺，國內(nèi)第一，2020年8月28日科創(chuàng)板上市，來福諧波第二
日本納博特斯克、日本住友重機(jī)、斯洛伐克Spinea是全球RV減速器三強(qiáng)，國內(nèi)雙環(huán)傳動、南通振康、中大力德、秦川機(jī)床等企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn)
五、伺服系統(tǒng)
11．定義：電機(jī)、驅(qū)動器、編碼器
伺服系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人主要的動力來源，主要由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、編碼器三部分組成，伺服含義為“跟隨”，源于希臘語“奴隸”的意思，指按照指令信號做出位置、速度或轉(zhuǎn)矩的跟隨控制
伺服電機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出
伺服驅(qū)動器接受編碼器信號進(jìn)行修正調(diào)整，然后根據(jù)指令發(fā)出相應(yīng)控制電流，包括位置控制單元、速度控制單元和驅(qū)動單元三部分編碼器與電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈編碼器也轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)動的同時將編碼信號送回驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)編碼信號判斷伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、位置是否正確，據(jù)此調(diào)整驅(qū)動器輸出電源頻率及電流大小
12．市場：百億
國內(nèi)市場規(guī)模約100億
13．原理：脈沖閉環(huán)控制
伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0．001mm
看個視頻就明白了～
14．分類：交流、直流、步進(jìn)
伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)，交流伺服電動機(jī)又分為異步伺服電動機(jī)和同步伺服電動機(jī)，詳細(xì)請持續(xù)關(guān)注本公眾號史晨星
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角，只有周期性的誤差而無累積誤差
15．全球：安川、松下、三菱
歐美系品牌伺服驅(qū)動器特點(diǎn)是過載能力強(qiáng)、動態(tài)性能好、總線技術(shù)性能優(yōu)秀、開發(fā)性較好，典型代表是西門子、倍福、貝加萊、羅克韋爾等
日系品牌特點(diǎn)是價格親民、體積較小、重量輕、動態(tài)性能稍弱，能夠滿足絕大部分的應(yīng)用要求，典型代表是安川、松下、三菱等
京東包裹分揀機(jī)器人在中高端工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)，國外品牌的伺服驅(qū)動器占據(jù)了國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人伺服驅(qū)動器市場份額的80％以上
16．中國：匯川、埃斯頓
2018年歐美系市場份額從18．7％提高到19％，日臺份額從59％略降到56％，國產(chǎn)廠商份額從22．3％增長到25％，比較典型的是匯川和埃斯頓，2018年國內(nèi)市場份額分別為4．8％、2．3％
匯川技術(shù)
匯川技術(shù)是伺服電機(jī)及控制器的國內(nèi)龍頭企業(yè)，2017年，運(yùn)動控制類產(chǎn)品收入9．34億，同比增長86．22％。工業(yè)自動化＆工業(yè)機(jī)器人業(yè)務(wù)收入37．6億，同比增長46．13％，其中工業(yè)機(jī)器人相關(guān)業(yè)務(wù)0．83億，同比增長184％
六、控制系統(tǒng)
17．定義分類：單片機(jī)、PLC、IPC運(yùn)動控制
全球最快的垃圾分揀機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人性能的關(guān)鍵要素，接收來自其他各單元的信號、根據(jù)已編程的系統(tǒng)進(jìn)行處理后，向各單元發(fā)出指令，進(jìn)而控制各單元的運(yùn)行
目前常用的控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為三類：以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，以可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)，以及基于工業(yè)個人計算＋運(yùn)動控制器的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中IPC＋運(yùn)動控制器的控制系統(tǒng)憑借運(yùn)行穩(wěn)定、通用性強(qiáng)、抗干擾性能力強(qiáng)等優(yōu)勢，正在逐步成為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主流
18．市場：30億
智能分揀機(jī)器人預(yù)計2018－2020年工業(yè)機(jī)器人用控制器需求量將分別達(dá)到19萬臺、25萬臺、32萬臺，市場規(guī)模分別為15億元、20億元、26億元
19．原理：導(dǎo)引示教
控制系統(tǒng)的基本功能包括位置伺服：機(jī)器人多軸聯(lián)動、運(yùn)動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補(bǔ)償?shù)仁窘蹋菏窘桃卜Q導(dǎo)引示教，既是人工導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實際需求動作流程操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過程中自動記憶示教的每個動作的姿態(tài)、位置、工藝參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行的程序，完成示教后，只需要給機(jī)器人一個啟動命令，機(jī)器人將會地自動按照示教好的動作，完成全部流程；各種接口：如與外圍設(shè)備聯(lián)系（輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口）。人機(jī)接口。傳感器接口坐標(biāo)設(shè)置：為機(jī)器人運(yùn)動設(shè)置坐標(biāo)系存儲：存儲作業(yè)順序、運(yùn)動路徑、運(yùn)動方式、運(yùn)動速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息故障診斷安全保護(hù)：運(yùn)行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷
PLC順序控制
20．全球：四大家族控制器的市場份額基本和機(jī)器人本體保持一致，以發(fā)那科、安川、庫卡、ABB為代表的四大家族普遍采用自產(chǎn)自用的生產(chǎn)模式，四大家族的控制器合計占據(jù)約53％的市場份額，其中發(fā)那科占比為16％，庫卡占比為14％，ABB為12％，安川為11％
21．中國
國內(nèi)知名的工業(yè)機(jī)器人生廠商均自主研發(fā)了自家的控制系統(tǒng)，包括新松機(jī)器人、埃斯頓、華中數(shù)控、新時達(dá)、廣州數(shù)控、匯川技術(shù)等公司，也誕生了一批專業(yè)的控制系統(tǒng)服務(wù)商如固高科技、英威騰、卡諾普等
七、其他
22．執(zhí)行器：氣動、電動
末端執(zhí)行器裝配在機(jī)械臂末端，直接與工件接觸以執(zhí)行工作任務(wù)，具有處理、傳輸、夾持、放置工件等功能，常見的有吸盤、機(jī)械手抓、托持器、噴涂槍、焊槍等
全球制造業(yè)每年消耗掉模塊化夾爪數(shù)量超過3000萬個，根據(jù)GlobalMarketInsights，Inc研究報告，機(jī)器人末端執(zhí)行器市場的收入在2018年超過25億美元，預(yù)計到2025年將達(dá)到65億美元大關(guān)
從控制方式來分，模塊化夾爪可分為氣動、電動和其他類型，氣動夾爪占比高達(dá)90％
雖然全球氣動市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到千億元的市場，但我國民族品牌的銷量卻不到世界市場的十分之一，僅為美國的1／21，日本的1／15，德國的1／8，國際前20強(qiáng)公司中沒有一家中國本土企業(yè)
23．傳感器：內(nèi)部、外部
傳感器根據(jù)檢測對象的不同，可分為內(nèi)部和外部傳感器，內(nèi)部傳感器主要檢測自身位置、速度、加速度等狀態(tài)，主要用于伺服控制，外部傳感器檢測壓力、距離、視覺等外部環(huán)境
快遞分揀機(jī)器人不掉件分揀機(jī)器人agv制造國產(chǎn)分揀機(jī)器人費(fèi)用