一般來說,工業(yè)機器人由三大部分6個子系統(tǒng)組成。三大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。6個子系統(tǒng)可分為機械結構系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
1.機械結構系統(tǒng)
從機械結構來看,工業(yè)機器人總體上分為串聯機器人和并聯機器人。串聯機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點,而并聯機器人一個軸運動則不會改變另一個軸的坐標原點。早期的工業(yè)機器人都是采用串聯機構。并聯機構定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接,機構具有兩個或兩個以上自由度,且以并聯方式驅動的一種閉環(huán)機構。并聯機構有兩個構成部分,分別是手腕和手臂。
2.驅動系統(tǒng)
驅動系統(tǒng)是向機械結構系統(tǒng)提供動力的裝置。根據動力源不同,驅動系統(tǒng)的傳動方式分為液壓式、氣壓式、電氣式和機械式4種。早期的工業(yè)機器人采用液壓驅動。由于液壓系統(tǒng)存在泄露、噪聲和低速不穩(wěn)定等問題,并且功率單元笨重和昂貴,目前只有大型重載機器人、并聯加工機器人和一些特殊應用場合使用液壓驅動的工業(yè)機器人。氣壓驅動具有速度快、系統(tǒng)結構簡單、維修方便、價格低等優(yōu)點。
3.感知系統(tǒng)
機器人感知系統(tǒng)把機器人各種內部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號轉變?yōu)闄C器人自身或者機器人之間能夠理解和應用的數據和信息,除了需要感知與自身工作狀態(tài)相關的機械量,如位移、速度和力等,視覺感知技術是工業(yè)機器人感知的一個重要方面。視覺伺服系統(tǒng)將視覺信息作為反饋信號,用于控制調整機器人的位置和姿態(tài)。
4. 機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)
機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯系和協調的系統(tǒng)。機器人與外部設備集成為一個功能單元,如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。當然也可以是多臺機器人集成為一個去執(zhí)行復雜任務的功能單元。
5.人機交互系統(tǒng)
人機交互系統(tǒng)是人與機器人進行聯系和參與機器人控制的裝置。例如:計算機的標準終端、指令控制臺、信息顯示板、危險信號報警器等。
6.控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)的任務是根據機器人的作業(yè)指令以及從傳感器反饋回來的信號,支配機器人的執(zhí)行機構去完成規(guī)定的運動和功能。
在現代制造業(yè)發(fā)展過程中,工業(yè)機器人的價值正愈發(fā)凸顯。特別是在人口紅利減退、勞動力不足、產業(yè)變革加劇等背景下,通過應用工業(yè)機器人實現“機器換人”,從而提升企業(yè)生產、管理效率,提高盈利能力與綜合競爭力,已然成為全球主流選擇。
2020年,受這場特殊危機的影響,國內工業(yè)機器人發(fā)展一度受到不利影響,不過隨著復工復產的推進以及社會生產生活的有序恢復,4月份國內工業(yè)機器人增加值實現了較大幅度增長。據國家統(tǒng)計局數據,4月份,裝備制造業(yè)增加值同比增長9.3%,其中工業(yè)機器人增長26.6%。
值得一提的是,這15.3%的增長率,是國內工業(yè)機器人產量自2019年10月以來連續(xù)第三個月實現正增長。在此之前,飛速發(fā)展的國內工業(yè)機器人市場在2018年9月踩下了“急剎車”,連續(xù)13個月出現負增長??傮w來看,國內工業(yè)機器人市場還是處于繼續(xù)上升勢頭。因此,業(yè)內人士認為,2020年我國工業(yè)機器人產業(yè)有望迎來拐點,再度開啟一段加速增長的“黃金期”。
韓國工業(yè)機器人使用密度已經達到了396臺/萬人,日本為339臺/萬人,德國為267臺/萬人。也就是說,中國工業(yè)機器人市場仍然有很大的增長空間。并且,人工智能、工業(yè)互聯網、物聯網、5G等前沿技術的應用,都將對國內工業(yè)機器人市場發(fā)展提供有利影響。
就國內工業(yè)機器人市場遠期發(fā)展來看,行業(yè)內存在著的一些挑戰(zhàn)不得不重視起來,例如我國工業(yè)機器人產業(yè)在核心技術、工藝水平、零部件、品牌影響力等方面還存在著不少短板。所以,要想在工業(yè)機器人市場增長方面打開新天地,就必須解決上述痛點。