機器人本體的三大核心部件
2022-10-14(11549)次瀏覽
機器人本體結構是機體結構和機械傳動系統,也是機器人的支承基礎和執行機構。機器人本體外部基本結構由五部分組成:1、傳動部件;2、機身及行走機構;3、臂部;4、腕部;5、手部。它的核心控制部件只有三個:控制器;伺服電機和減速電機。下面松樂機器人就這工業機器人本體的三大核心部件詳細介紹一下。
一、工業機器人本體控制器
控制器國內外差距小。控制器是機器人的大腦,發布和傳遞動作指令。包括硬件和軟件兩部分:硬件就是工業控制板卡,包括一些主控單元、信號處理部分等電路,國產品牌已經掌握;軟件部分主要是控制算法、二次開發等,國產品牌在穩定性、響應速度、易用性等還有差距。
控制器的問題在于,由于其“神經中樞”的地位和門檻相對較低,成熟機器人廠商一般自行開發控制器,以保證穩定性和維護技術體系。因此控制器的市場份額基本跟機器人本體一致。國際上也有KEBA、倍福、貝加萊這樣提供控制器底層平臺的廠商。因此在當前環境下國內專業研發控制器的企業會比較艱難。
控制器的機會在于標準化和開放性。現有的機器人控制器封閉構造,帶來開放性差、軟件獨立性差、容錯性差、擴展性差、缺乏網絡功能等缺點,已不能適應智能化和柔性化要求。開發模塊化、標準化機器人控制器,各個層次對用戶開放是機器人控制器的一個發展方向。
二、工業機器人本體伺服電機
伺服電機競爭激烈,外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執行單元,是影響機器人工作性能的主要因素。伺服電機主要分為步進、交流和直流,機器人行業應用多的是交流伺服,約占65%伺服電機與控制器關聯緊密。
伺服系統外資企業占據絕對優勢。日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場。2014年,伺服系統市場TOP15廠商中,前三名均為日系品牌,總份額達到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據高端,整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低于10%左右。
我國伺服系統自主配套能力已現雛形。較大規模的伺服品牌有20余家。國產產品功率范圍多在22KW以內,技術路線上與日系產品接近。從市場規模來看,2014年伺服電機在所有應用行業規模68億人民幣,增速為8.3%;其中機器人增速高達50%,迅速成長為伺服系統應用中排名第六的行業,以4.2億的業績,占市場份額6.2%。
成長空間上,伺服電機整體上受宏觀經濟影響明顯,未來5年將進入穩定發展。4軸和6軸的多關節機器人占比上升,將帶來機器人用伺服的高速增長。預計十三五規劃期內,機器人伺服系統占比將升至第一位,市場規模16億元。
控制器和伺服系統關聯緊密,用戶選擇的排序分別是可靠穩定性、價格、服務,從服務和性價比入手是國內企業突破的方向。但這需要對運動控制領域長期深入的研究,大量資金投入和長時間的市場驗證,對技術、資金、人才要求都較高,國內上市公司如新松、新時達、匯川技術、廣州數控、埃斯頓等具備類似的條件。
三、工業機器人本體減速機
機器人減速機市場高度壟斷,普及期國產減速機無法實現全面進口替代。減速機用來精確控制機器人動作,傳輸更大的力矩。分為兩種,安裝在機座、大臂、肩膀等重負載位置的RV減速機和安裝在小臂、腕部或手部等輕負載位置的諧波減速機。RV減速機被日本納博特斯克壟斷,諧波減速機日本哈默納科占絕對優勢。
諧波減速機結構相對簡單,僅有三個基本零部件,加上哈默納科的專利早已到期,國產諧波減速機跟國外相比差距不算大。無錫綠的的諧波減速機已經在國產機器人上面有廣泛應用。
RV減速機核心難點在于基礎工業和工藝。RV減速機是純機械的精密部件,材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。我國在這幾個方面長期落后,并非單靠某個企業所能解決。要將200多個零部件組合在一起,精度要求苛刻,零部件之間的公差匹配需要多年經驗積累。一臺多關節工業機器人按軸數不同需要4-6個減速機,取中位數5個,則需要300萬個減速機。
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