「學習工業機器人知識」 工業機器人的結構構成分析

【文中資料、數據由犀靈機器人培訓中心老師提供】

學習工業機器人，需要知道工業機器人的基礎結構。

要對其各組成部分有一定基本的了解，才能夠更好的運用工業機器人服務。

所以我們學習相關工業機器人知識，要從我們機器人的結構開始。

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工業機器人分類

按照功能結構來分，工業機器人可分為焊接、搬運、噴塗、裝配等機器人

按機械結構分，可分為多關節、SCARA、直角坐標、並聯型等機器人

工業機器人主要構成及成本結構

工業機器人主要由四大部分構成：精密減速器、伺服電機、控制系統與本體。

下圖中百分比是各部分整個機器人的成本比例，可以很輕易看出減速器和機器人本體占機器人的成本比重是很大的。

減速器用於提高和確保機器人的工作精度；

伺服電機主要用於反饋和修正位置、速度等參數；

控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，並進行控制。

本體是機器人外面最直接的機械結構。

1.減速器

減速器是一種動力傳達機構，以齒輪為核心，由皮帶輪、傳送帶、鏈齒軌、鏈條組合出各類製品，其功能均在於「降低動力旋轉速度，輸出與減速比相配的扭矩（力）」，即「降低速度，將較小的力轉換為較大的力」。

目前應用於機器人領域的減速機主要有兩種，一種是RV減速機，另一種是諧波減速機。

在關節型機器人中，由於RV減速機具有更高的剛度和迴轉精度，一般將RV減速機放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置，價格也較高，而將諧波減速機放置在小臂、腕部或手部。

另外一種行星減速機主要應用於簡單機器人。

占據60%機器人市場份額的發那科、ABB、安川電機、庫卡四大家族都是向納博特斯克和哈默納科採購，因而短期博特斯克和哈默納科主導市場的格局仍難以改變，其餘市場被住友、SEJINIGB、SPINEA等占據。

近年來儘管與日本產品在輸入轉速、傳動精度、傳動效率等方面存在較大差距，積極介入的國內減速機廠商並逐步形成了自己的產品系列，並實現批量生產，如蘇州綠的諧波傳動科技的諧波減速機，南通振康的RV減速機。

2.伺服電機

伺服技術是工業機器人的關鍵技術，在機器認成本組成里僅次於減速器。

伺服系統主要分為兩部分，一是伺服電機，二是控制器。

（1）伺服電機主要用於驅動機器人的關節，要求具備最大功率質量比和扭矩慣量比、高啟動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速範圍；

（2）控制器可對其內部參數進行人工設定而實現對機器人的位置控制、速度控制和轉矩控制等多種功能。

目前，國外伺服企業在中國的市場占有率達80%，其中日本品牌占比為50%，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等，產品特點是：技術和性能水平比較符合中國用戶的需求；歐美品牌占比30%，美國以羅克韋爾、丹納赫、帕光等聞名，而德國則擁有西門子、倫茨、博世力士樂、施耐德等品牌。

國產品牌占據了20%的市場，其中內地品牌和台灣品牌分別占據10%的市場，台灣以東元和台達為代表，其技術水準和價格水平居於進口中端產品和內地品牌之間；中國內地的品牌主要有華中數控、廣數等。

3.控制系統

機器人控制系統是機器人的重要組成部分，用於對操作機的控制，以完成特定的工作任務。

機器人控制器包含運動控制卡、示教盒和主計算機模塊。

運動控制卡是控制器的底層結構，有時也可以作為簡單控制器。

其產品和研究主要集中於美國和日本，並有成熟的產品；示教盒是機器人控制系統的重要組成部分，操作者通過示教盒進行手動示教，控制機器人達到不同位姿，並記錄各個位姿坐標；主計算機模塊是整個控制系統的中樞部分，主要包括主板、CPU、FROM/SRAM組件及伺服卡，負責控制器內部及外圍設備的信號交換和處理。

國外系統集成商因為專注於機器人普及率高，國外大型系統集成商通常是在某種工藝裡面具有很強的競爭優勢。

與國內本體廠商面對國外企業強大的競爭不同，國內系統集成商卻擁有本土的許多比較優勢，包括渠道優勢、價格優勢、工程師紅利等。

系統集成項目是非標準化的，每個項目都不一樣，不能100%複製，所以比較難上規模。

因此，系統集成商很難通過併購的方式擴張規模。

按工業機器人的需求及更新市場規模測算，2020年我國工業機器人控制器的市場需求33億元左右。

此外，控制器的使用不僅僅局限在工業機器人領域，在其它高端設備上的應用也非常普遍。

機器人控制器的主要供應商主要包括包括國外的幾大主機廠商和國內的眾為興、固高科技等企業。

目前國內企業開發的控制器可滿足基本功能需求。

從目前的技術來看，機器人的核心部件中控制器偏軟體（其軟體成本占比約40%）最易突破，目前國內企業開發的工業機器人控制器產品已經可以滿足大部分功能需求，固高科技在PC based控制器領域市占率接近50%。

國外的機器人四大巨頭中，除了安川電機的機器人控制器屬於外購，其它三家企業均採用自製的控制器。

4.本體

機器人本體作為機器人行業最為直接的表現者，關係到機器人的終端應用市場。

國外的機器人本體企業憑藉長時間的技術和經驗積累，在技術上明顯強於國內機器人本體，因此，當前，國外的機器人本體廠商占據了我國機器人市場約90%的份額。

根據GGII數據顯示，中國工業機器人市場的調研，盤點出2017年最具競爭力的國產本體品牌TOP10

（主要參考標準：出貨量規模、技術實力、品牌影響力）

【文中資料、數據由犀靈機器人培訓中心老師提供】

（上圖：犀靈機器人培訓中心學員在學習機器人操作 ）