有知道复合机器人能实现哪些功能?

1.本实用新型属于防爆机器人安全技术领域,具体涉及一种复合型机器人防爆系统。

2.现有技术中,防爆机器人只进行了机械臂的防爆设计,控制系统均置于安全区,以实现特定区域的防爆功能,但受限于控制柜与机械臂本体间线缆长度的制约,不能在较大范围能使用,即在有大范围防爆需求的场景不适用;在吹扫环节时,未考虑死角位置的清理,可能存在爆炸隐患,且死角位置可能存在危险气体沉积,无法吹扫到位的情况;有部分技术方案全部使用正压型防爆,实际操作有一定的困难,压力传感器一般需要与外界环境相通,以达到压差测量的目的,且整个系统使用的元器件安装有一定困难,全部使用正压型时,有一定的风险。

3.本实用新型的目的是提供一种复合型机器人防爆系统,提高防爆性能,解决死角扫吹隐患,使防爆机器人可在大范围防爆需求的场景中使用。
4.本实用新型提供了如下的技术方案:
5.本技术提出一种复合型机器人防爆系统,包括:
6.防爆机器人,所述防爆机器人内设有机械臂正压腔;
7.正压防爆柜,所述正压防爆柜内设有机械臂控制柜及示教器;
8.隔爆防爆柜,所述隔爆防爆柜内设有第一进气电磁阀、第一排气电磁阀、第一压力传感器、第二进气电磁阀、第二排气电磁阀、第二压力传感器和逻辑控制器;
9.用于气源供气的所述第一进气电磁阀、第二进气电磁阀分别连接机械臂正压腔、正压防爆柜,用于排气的所述第一排气电磁阀、第二排气电磁阀分别连通机械臂正压腔、正压防爆柜;
10.所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一进气电磁阀、第二进气电磁阀、第一排气电磁阀和第二排气电磁阀均与用于根据压力信号控制供气和排气的逻辑控制器连接,所述第一压力传感器、第二压力传感器分别与机械臂正压腔、正压防爆柜连接。
11.所述机械臂正压腔和正压防爆柜均做密封处理,以满足正压防爆的需求。隔爆防爆柜按照gb 3836.2
12.优先地,所述隔爆防爆柜内还设有第一流量计和第二流量计,用于监测机械臂正压腔的进气流量的所述第一流量计设于第一进气电磁阀和机械臂正压腔之间,用于监测正压防爆柜的进气流量的所述第二流量计设于第二进气电磁阀和正压防爆柜之间,用于传输流量信号的所述第一流量计和第二流量计均电性连接逻辑控制器。
13.优先地,所述机械臂正压腔的电机处、机械臂控制柜的开关电源及工控机处和正压防爆柜内至少一处设有温度传感器,用于监测并传输温度信息的所述温度传感器电性连
14.优先地,所述隔爆防爆柜内还设有显示屏,用于显示进气流量、温度信息、机械臂正压腔内压力和正压防爆柜内压力中的至少一项信息的所述显示屏与逻辑控制器电性连接。
15.优先地,所述机械臂正压腔的最低位置处设有用于与第一进气电磁阀连接的进气口,所述机械臂正压腔的最高位置处设有用于与第一排气电磁阀连接的排气口。
16.优先地,还包括三通管接头、第一气管和第二气管,所述三通管接头设于机械臂正压腔内且连接进气口,所述第一气管连接三通管接头和进气口,所述第二气管连接三通管接头远离进气口的两端,所述第二气管贴设于机械臂正压腔内壁上且设有至少一个通风孔。
17.优先地,所述隔爆防爆柜、正压防爆柜和防爆机器人均设于危险区。
18.优先地,所述隔爆防爆柜内还设有精密调压阀且连接第一进气电磁阀和第二进气电磁阀,所述精密调压阀还连接有用于连通且处理气源的气源处理件。
19.优先地,所述隔爆防爆柜、正压防爆柜、进气口和出气口连接有节流阀,所述第一流量计和第二流量计均通过节流阀分别连接进气口和正压防爆柜,所述排气口通过节流阀连接第一排气电磁阀,所述正压防爆柜通过节流阀连接隔爆防爆柜。
20.本实用新型的有益效果是:通过设置隔爆防爆柜,将需要实现防爆功能的元器件至于隔爆防爆柜内,一方面保证了元器件不受损坏,另一方面也降低了采用防爆型元器件对成本的高要求,保证了防爆机器人可在大范围防爆需求的场景中使用。
21.附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
22.图1是本实用新型的连接示意图;
23.图2是本实用新型的吹扫组件连接示意图。
24.图中标记为:1.防爆机器人,11.机械臂正压腔,2.三通管接头,21.第一气管,22.第二气管,3.隔爆防爆柜,4.正压防爆柜。
25.如图1所示,本技术提出一种复合型机器人防爆系统,包括:
26.如图1所示,防爆机器人1,防爆机器人1内设有机械臂正压腔11,机械臂正压腔11做密封处理,以满足正压防爆的需求。
27.如图1所示,正压防爆柜4,正压防爆柜4均做密封处理,以满足正压防爆的需求。正压防爆柜4内设有机械臂控制柜及示教器;正压防爆柜4可起到增加散热、防止机械臂控制柜以及示教器的过热的作用。
28.隔爆防爆柜3、正压防爆柜4和防爆机器人1均设于危险区,气源处理件设于安全区。将机械臂控制柜及示教器设于危险区,拉近了与防爆机器人的距离,有助于更好的实现对机械臂的控制。
29.如图1所示,隔爆防爆柜3,隔爆防爆柜3按照gb 3836.2
2010要求设计。隔爆防爆
柜3内设有第一进气电磁阀、第一排气电磁阀、第一压力传感器、第二进气电磁阀、第二排气电磁阀、第二压力传感器和逻辑控制器plc,将需要实现防爆功能的元器件置于隔爆防爆柜3内,一方面保证了元器件不受损坏,另一方面也降低了采用防爆型元器件对成本的高要求,保证了防爆机器人1可在大范围防爆需求的场景中使用。其中:气源通过第一进气电磁阀、第二进气电磁阀分别向机械臂正压腔11、正压防爆柜4供气,并通过第一排气电磁阀、第二排气电磁阀分别与机械臂正压腔11、正压防爆柜4体外连通。
30.如图1所示,第一压力传感器、第二压力传感器、第一进气电磁阀、第二进气电磁阀、第一排气电磁阀和第二排气电磁阀均与逻辑控制器plc连接,第一压力传感器、第二压力传感器还分别与机械臂正压腔11、正压防爆柜4连接,将检测到的压力信号传输给逻辑控制器plc,逻辑控制器plc根据压力信号精确控制第一进气电磁阀、第一排气电磁阀、第二进气电磁阀、第二排气电磁阀的供气和排气,通过及时控制两个进气电磁阀和排气电磁阀的关断提高防爆性能,防止因内部压力过大而发生爆炸,致使隔爆防爆柜3内元器件损坏,增加成本。
31.如图1所示,基于上述的隔爆防爆柜3,隔爆防爆柜3内还设有第一流量计和第二流量计,用于监测机械臂正压腔11的进气流量的第一流量计设于第一进气电磁阀和机械臂正压腔11之间,用于监测正压防爆柜4的进气流量的第二流量计设于第二进气电磁阀和正压防爆柜4之间,用于传输流量信号的第一流量计和第二流量计均电性连接逻辑控制器plc,通过两个流量计,实现正压防爆柜4和机械臂正压腔11的气体流量监控,便于判断是否有危险气体沉积,提高防爆监控性能。
32.如图1所示,机械臂正压腔11的电机处、机械臂控制柜的开关电源及工控机处和正压防爆柜4内至少一处设有温度传感器,用于监测并传输温度信息的温度传感器电性连接逻辑控制器plc,具体的通过监控温度,及时反馈逻辑控制器plc,防止温度过高致使两个正压腔体或机械臂控制柜内压力增大而发生爆炸。
33.如图1所示,隔爆防爆柜3内还设有显示屏,显示屏与逻辑控制器plc电性连接,且用于显示进气流量、温度信息、机械臂正压腔11内压力和正压防爆柜4内压力中的至少一项信息。监测信息直观的显示于显示屏上,便于人工监测和采集,避免发生意外。
34.如图1所示,基于上述的机械臂正压腔11,机械臂正压腔11的最低位置处设有用于与第一进气电磁阀连接的进气口,机械臂正压腔11的最高位置处设有用于与第一排气电磁阀连接的排气口。最低位置进气,最高位置出气保证了机械臂正压腔内气体的清扫。
35.如图2所示,还包括三通管接头2、第一气管21和第二气管22,三通管接头2设于机械臂正压腔11内且连接进气口,第一气管21连接三通管接头2和进气口,第二气管22连接三通管接头2远离进气口的两端,第二气管22贴设于机械臂正压腔11内壁上且设有至少一个通风孔。第二气管22设于死角位置,通过通风孔进行吹扫,可防止死角位置可能存在危险气体沉积、无法吹扫到位以至于爆炸的隐患。在吹扫阶段,可通过隔爆防爆柜3中的显示屏监测流量计读数,确认吹扫时通过的气体大于机械臂正压腔11腔体的体积,以确保能将腔体内的危险气体全部排出,保证安全。
36.如图1所示,基于上述的隔爆防爆柜3,隔爆防爆柜3内还设有精密调压阀且连接第一进气电磁阀和第二进气电磁阀,便于精确调节分别进入第一进气电磁阀和第二进气电磁阀的气体容量,防止因气体容量分配不均损坏电磁阀,精密调压阀还连接有用于连通且处
理气源的气源处理件,对气源进行处理,使其成为洁净空气。
37.如图1所示,隔爆防爆柜3、正压防爆柜4、进气口和出气口中至少一处连接有节流阀,第一流量计和第二流量计均通过节流阀分别连接进气口和正压防爆柜4,排气口通过节流阀连接第一排气电磁阀,正压防爆柜4通过节流阀连接隔爆防爆柜3。通过节流阀控制供气流量,避免气体浪费,降低成本。
2所示,具体工作流程如下:
39.1.气源从安全区引入后,经过气源处理件处理,成为洁净空气,经过减压阀减压至设定压强,稳定气源压力并保护后续元器件,防止损坏元器件,然后引入危险区的隔爆防爆柜3中。
40.2.气源经精密调压阀后进入分别连通正压防爆柜4和机械臂正压腔11的第一进气电磁阀和第二进气电磁阀内,当整个防爆系统启动时,此时机械臂控制柜和防爆机器人1禁止上电,逻辑控制器plc打开分别连通正压防爆柜4和机械臂正压腔11的两个进气电磁阀和两个排气电磁阀,让洁净空气通过正压防爆柜4和机械臂正压腔11,对腔体内的危险气体吹扫,清除腔体内的危险气体,同时监视两个流量计通过气体的流量大于腔体压力,若通过气体的流量大于计算腔体压力则可进行下一步,否则系统报警停机。
41.3.吹扫完成后,关闭第一排气电磁阀和第二排气电磁阀,第一进气电磁阀和第二进气电磁阀继续通气,此时分别监测两个正压腔体内压力,正压防爆柜4及防爆机器人1的机械臂正压腔11分别对应第一压力传感器和第二压力传感器,当压力达到设定的工作阈值或处于工作阈值范围内时,关闭对应腔体的排气电磁阀。此时对应的正压防爆柜4或机械臂正压腔11可上电。
42.4.在防爆机器人1运行过程中若机械臂正压腔11腔体内压力高于设定的警告高阈值时,系统开始报警并打开对应的排气电磁阀使腔体内的压力下降,当压力达到工作阈值或处于工作阈值范围后报警解除,此过程防爆机器人1可继续工作。若打开排气电磁阀后,压力继续上升,达到危险高阈值时,此时系统切断防爆机器人1电源,整个系统断电停机。正压防爆柜4运行、监测的逻辑原理与防爆机器人1的运行、监测逻辑相同。
43.5.在防爆机器人1运行过程中若腔体内压力低于警告低阈值时,系统开始报警并打开对应的进气电磁阀使腔体内的压力回升,当压力达到工作阈值或处于工作阈值范围内后报警解除,此过程防爆机器人1可继续工作。若打开进气电磁阀后,压力继续上升,下降达到危险低阈值时,此时系统切断防爆机器人1电源,整个系统断电停机。正压防爆柜4运行、监测的逻辑原理与防爆机器人1的运行、监测逻辑相同。
44.6.另外通过对机械臂正压腔11腔体内的电机及正压防爆柜4内的主要产热元件进行温度监测,当有元器件不低于警示温度时,此时系统切断防爆机器人1电源,整个系统断电停机。
45.7.防爆机器人1切断电源停机后,重新开机需再次吹扫。
46.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

根据其系统结构特点,复合机器人由三大部分组成。

移动底盘:即复合机器人的“腿”,用于实现复合机器人在不同方向上的灵活移动。一般使用移动机器人(AGV/AMR)本体。

机械臂:复合机器人的“手”,实现复合机器人对物件的抓取或加工的操作。一般使用协作机器人本体。

终端控制器:相当于复合机器人的大脑部分,可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制。相当于对移动机器人的控制部分与协作机器人的控制部分做了一定程度的集成。

复合机器人的移动底盘由机械系统、动力系统和控制系统组成,机械系统包含车体、车轮、转向装置、安全装置,动力系统包含电池组和驱动系统,控制系统包括信息传输与处理装置、驱动控制装置、转向控制装置、安全控制装置。

机械系统的车体是其他总成部件的安装基础,通常为钢结构件,要求具有一定的强度和刚度。

转向装置根据移动底盘运行方式的不同,常见的转向机构有较轴转向式、差速转向式和全轮转向式等形式。通过转向机构,可以实现向前、向后或纵向、横向、斜向及回转的全方位运动,车轮的具体形态也取决于转向机构的具体设计。

移动底盘的安全措施至关重要,必须确保复合机器人在运行过程中的自身安全,以及现场人员与各类设备的安全。

一般情况下,复合机器人都采取多级硬件和软件的安全监控措施。如在底盘前端设有非接触式防碰传感器和接触式防碰传感器,底盘顶部安装有醒目的信号灯和声音报警装置,用来提醒周围的操作人员。对需要前后双向运行或有侧向移动需要的复合机器人,则防碰传感器需要在移动底盘的四面安装。一旦发生故障,自动进行声光报警,同时采用无线通讯方式通知监控系统。

移动底盘的驱动装置由驱动轮、减速器、制动器、驱动电机及速度控制器(调速器)等部分组成,是一个伺服驱动的速度控制系统,驱动系统可由计算机或人工控制,可驱动机器人正常运行并具有速度控制、方向和制动控制的能力。

图:AGV驱动结构与原理

移动底盘的电池组一般为蓄电池及其充放电控制装置,电池为24V 或48V的工业电池,目前市面上常用的是锂电池。

充电装置的布置方式有多种,一般有地面电靴式、壁挂式等,并需要结合复合机器人的运行状况,综合考虑其在运行状态下,可能产生的短路等因素,从而考虑配置安全保护装置。

根据引导技术的不同,控制系统可以被区分为两类,一类是AGV采用的引导技术,另一类是AMR采用的自主导航技术。

AGV采用的控制系统通常包括车上控制器和地面(车外)控制器两部分,目前均采用微型计算机,由通信系统联系。通常,由地面(车外)控制器发出控制指令,经通信系统输入车上控制器控制AGV运行。

车上控制器完成 AGV的手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制与充电接触器的监控及行车安全监控等。地面控制器完成AGV调度、控制指令发出和AGV运行状态信息接收。控制系统是AGV的核心,AGV的运行、监测及各种智能化控制的实现,均需通过控制系统实现。

图:沿引导路线行进的AGV

而AMR使用来自摄像头、内置传感器、激光扫描仪的数据以及复杂的软件,使其能够探测周围环境,并选择最有效的路径到达目标。它完全自主工作,如果叉车、货盘、人或其他障碍物出现在它前面,AMR将使用**替代路线安全地绕过它们。这将确保物料流动保持在计划之内,从而优化了生产力。

Localization),即时定位与地图构建,或并发建图与定位。SLAM最早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出。由于其重要的理论与应用价值,被很多学者认为是实现真正全自主移动机器人的关键。

SLAM问题可以描述为: 机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图,实现机器人的自主定位和导航。

而基于SLAM技术实现移动机器人自主导航因其传感器的不同目前也分为两个类别:激光SLAM和视觉SLAM。

但因为每种导航技术都有一定的局限性,因此,目前市场上相关AMR厂商也多是以激光或视觉SLAM为主再融合一些其它的导航方式来实现机器人在复杂环境中的定位导航。不过相较于视觉来说[wy1] ,激光SLAM目前仍是主流,因为应用时间早,技术相对来说更加成熟。

SLAM技术已经在室内的移动机器人,AR场景以及无人机等多个领域都取得了不错的落地效果与成绩。而在自动驾驶领域,SLAM技术却一直未得到太多的重视,这是由于定位在目前的自动驾驶行业中大多通过RTK(卫星导航实时动态定位)来解决,在SLAM方面并不会投入过多的资源去进行深入的研究。

部分型号的复合机器人主要移动技术参数展示如下:

图:激光SLAM示意图

图:视觉SLAM示意图

由于应用场景与底盘负载能力的限制,复合机器人的机械臂部分一般使用较轻量化、可实现柔性操作的协作机器人的设计。协作机器人主要由伺服关节、连接外壳和安全皮肤、控制柜与示教器、末端执行器四个部分组成,采用一体化关节(传动+传感+集成驱动器)+控制器的设计架构。

有关的介绍可以参考公众号往期文章

由于复合机器人的移动底盘和机械臂分别对应两种机器人,所以需要将两种机器人的控制器做集成,目前终端控制器有两种集成方案,一种是伪手脚并用,也就是保留组成部分两个机器人的控制器,采用更高级的控制器统一协调二者的作业;另一种是将组成部分两个机器人的控制器集中到一个控制器中。

1、早期伪手脚并用的集成方式

这类集成方式最早为AGV/AMR企业或机械臂企业在为客户制定智能升级方案过程中,为满足一些环节移动作业需要研制的复合机器人中采用,其优点在于实现了手(机械臂)和脚(AGV/AMR)的功能;缺点是这类AGV企业或机械臂企业,往往只擅长于自己的领域,即复合机器人某个部件(底盘或机械臂)的控制,整体控制无法做的很好,只是伪手脚并用。

图:早期伪手脚并用的集成方式

两个控制器分别控制对应的部件,底盘的控制器控制底盘运动;机械臂的控制器控制机械臂运动;实际产线应用中,手脚协作需要更高级的系统来统一分配任务,多一套控制程序.

2、移动协作机器人的集成方式

随着科技的发展,部分企业开始复合机器人一体化的探索,逐渐升级了复合机器人的概念至“MCR(Mobile Collaborative Robot)”移动协作机器人。

图:移动协作机器人的集成方式

这类机器人只用一个控制器分配任务,在工作过程中,反馈更快、方式更简单,是复合机器人未来发展的趋势之一。

3、跨系统集成——复合机器人的核心技术

由于复合机器人需要集合移动机器人与协作机器人,所以当前复合机器人生产企业或从移动底盘(移动机器人)起家或从机械臂(协作机器人)起家将产品逐步过渡到复合机器人,部分复合机器人企业发展路径列示如下:

由以上表格看出,复合机器人大多是移动机器人厂商推出的进阶产品,而几乎没有从机械臂生产转向复合机器人产品的厂商。

多个独立系统的功能整合和组合动作的效率优化是复合机器人的核心技术。通俗来讲,就是“手、眼、脚协调”。由于复合移动机器人拥有多个模块,不仅模块的设备类型、传感器的类型不一致,设备之间的讯协议内容类型也不一样,异常处理逻辑复杂,这使复合移动机器人控制的复杂度极高。

从深层次技术上来说,集成的高难度一方面由于产品底层不够开放,另一方面企业的开发能力难免受到技术和人才局限,使得许多集成商的复合机器人解决方案并没有想象中那么美好。例如由于导航系统、定位系统等各个子单位的控制器不同,其内部通信协议等也就完全不同,最终导致内部“打架”。购买者难以使用并且频频出错是常态,更别谈能在此基础上二次开发,实现与整厂系统的更大范围融合。

多场景、多工艺类型,这些对于许多采购复合机器人部件进行组装的集成商而言,无疑意味着更大的开发难度。但在复合机器人深入行业的过程中,这种场景愈发常见。对于企业而言,之所以进一步选择复合机器人,是因为相对于需要安装的传统机器人,不止一家希望能够形成可移动可替换的高度灵活柔性生产线,产线上不仅需要机器人按照工序顺序进行作业,也必然要求多台协同、灵活作业,一机多用从而有效提高自动化程度,打造柔性生产流程。

众多案例可以表明,复合机器人想要打开更大范围应用,必须要真正做到“脑、眼、手、脚”协同的融合,才能对于复杂乃至非标准化需求需要能够更快更好的响应。但从最底层自主开发“脑、眼、手、脚”,对于市面上大多数企业而言,毫无疑问难度巨大,这对于移动底盘、协作机器人、导航技术等多项基础共性技术以及核心的底层控制能力提出了非常高的要求。

三、复合机器人的市场格局

(一)国内头部企业概况

根据《2020年度工业应用移动机器人订单销售额过亿企业》显示,目前国内AVG头部企业有海康机器人、新松机器人、极智嘉、国自机器人、快仓智能、CSG华晓、玖物互通等。

根据上述头部企业概述,目前国内AGV/复合机器人主要应用在3C、物流、汽车、半导体、生物制药、医疗和服务业等。

传统机器人在3C产业中主要应用于元器件贴片、组装机器、元器件生产等领域,比如协作机器人应用于PCB板点胶、屏幕检测与手机装壳等。

3C电子行业自动化生产设备应用普遍,但仍有部分工艺还是以人工作业为主,以贴片车间为例,其生产的大量电子元件外形相似,靠人眼分辨容易混淆,虽然已经上了智能仓储系统,但是每条产线依然靠人工到仓库依靠产品代码依次提取原料,非常不便利。这时就需要AGV移动机器人进行物料的搬运。

图:复合机器人进行拣选和搬运

基于这些难点,通过采用AGV+小助协作机器人+产线终端接口结合实现整个车间的生产原料自动配送,形成安全可靠柔性的生产物流供应系统。

在未来,复合机器人除了能用机械臂拣选、底座运输之外,还可能将搬运和加工融为一体。比如在安装过程中,复合机器人将配件运输至工作台并直接用协作机器人部分进行组装,将用于运输搬运和组装的机器人合二为一,这样大大降低了生产成本和提高了效率。

近年来,随着我国经济的持续快速增长和电商的飞速发展,物流业也随之迅速发展,物流服务水平不断提高。但同时也面临着诸多挑战,比如工作强度大、人工效率难以保证、如何提高空间利用率等。目前在仓储物流行业中主要存在搬运机器人、拆码垛机器人、分拣机器人等。

图:拆码垛机器人应用场景

像搬运机器人就是以叉车机器人和潜伏机器人为主来进行物料的运输,目前搬运机器人都在普及SLAM导航和视觉技术,使其只需要接收出发地和目的地的指令可以自动规划路线和避障,更加智能化、自动化。拆码垛机器人是在固定工位将物品一个个摆放在传送带上。

图:分拣机器人工作流程

分拣机器人是目前各大物流企业都在大力发展的一个环节。人工将物品放在机器人上,机器人通过二维码自动识别并读取信息,同时机器人可自动完成包裹称重,该包裹的信息将直接显示并上传到控制系统中。根据其信息,机器人将包裹运送到目的地。

目前还是由人工将物品放置在分拣机器人上,机器人再进行工作。在这个步骤中,重复性高、错误率低并且对体力要求高。在不久的未来,这个步骤是否可以用机械臂来替代,是否可以在分拣机器人上安装机械臂来完成此工作,这或许是未来复合机器人在物流行业的一个发展方向。

半导体行业包括了众多领域,在这些领域当中又有着很多复杂的工序,比如前期的晶体制造、中期的封装集成,还有后期的组装包装、运输等等。

图:半导体生产过程和晶圆处理工序

在这每个工序中,都需要用到复合机器人去进行拿取和运输,复合机器人配合视觉系统之后可以解决抓取过程中的安全保证、如何实现振动抑制、各个工序间如何实现节拍匹配等等。

生物制药行业的一般流程如下图所示,在这**程中主要体现出两个痛点,一是随着药品种类的增加生产工艺流程多样,使得制药企业的生产流程控制和原料管理越来越复杂;二是通常情况下,医药原料与半成品药、成品药在存储和管理上都需要采取特别措施,对设备的洁净度有一定要求。

图:协作机器人在发动机生产线进行拧紧螺丝的工序

在生物医药行业中,复合机器人满足了高精度、高洁净度、高安全性等特点,可代替研究人员在P2/P3/P4等危险或对洁净度要求高的环境下作业,从根本上解决泄露或感染风险,满足了生物医药行业的高精度、严控制的作业要求

复合机器人在医疗行业主要应用于医学检测,目前已经有企业建立了医疗检测服务“机器人+”技术平台:以中控系统为大脑,以复合机器人为手脚,采用模块化的设计理念,来连接各类仪器设备,打造医学检测智慧化系统。

在智能医学检测实验室中,复合机器人主要配合智能冰箱、样本处理自动化模块、核酸提取仪等设备实现样本、试剂等物料的快速取放和移载,将大部分重复、易出错、易感染、高污染、劳动强度大的工作包揽在身。

目前,复合机器人已经在部分地区的防疫工作中承担了无接触配餐的任务,以往工作人员需要每天定时将餐盒送到隔离人员手中,频繁的人员接触,无形增加了疫情传播的风险。因此,能够定时、定量和高效配餐的机器人成为当下防控的有效“武器”。在未来,复合机器人在服务业的应用将更加广泛。

图:在深圳某家隔离酒店中服役的复合机器人

相比于传统的酒店送餐机器人,复合机器人的容量更大,一次可以进行多个门户的配送,效率更高。

四、复合机器人的未来前景

(一)复合机器人的优势

目前,移动机器人(AGV/AMR)与其他零部件的组合在市场中应用十分广泛,例如潜伏机器人、叉车机器人、巡检机器人等。它的优势主要有:

1、提高原材料配件的传送、工件的装卸以及机器的装配等自动化程度,从而可以提高劳动生产效率,降低生产成本,加快实现生产机械化和自动化的步伐。

2、可部分或全部代替人安全地完成恶劣环境下的危险作业,大大地改善工人的劳动条件。同时,一些简单但又繁琐的搬运工作可以由移动机器人来代替,可以避免由于人操作疲劳或疏忽而造成损失。

3、实现生产线的柔性化。移动机器人完成了一道工序就可以进行下一道工序,具有较高的灵活性。

复合机器人是在移动机器人的基础上组装了具有高自由度的机械臂,是移动机器人和协作机器人的合体。除了具备移动机器人的所有优势以外,它还可以像协作机器人那样利用高自由度的手臂或者可执行部件去完成高精度的工作。在工业生产中,多台复合机器人组成移动的装配台、加工台,可形成高度柔性生产线,极大的提高了生产效率。同时可以从需要移动机器人和协作机器人的相互配合变成只需要一台复合机器人来完成操作,从而降低了成本。

(二)复合机器人的应用趋势和发展前景

在未来,物流相关领域是复合机器人的主要应用发展方向。复合机器人欲为企业实现物流自动化——物流作业过程的设备和设施自动化,包括运输、装卸、包装、分拣、识别等作业过程,比如,自动识别系统、自动检测系统、自动分拣系统、自动存取系统、自动追踪系统等。

2022年4月22日下午,由中国移动机器人(AGV/AMR)产业联盟牵头及16家行业主流企业联合编制的《工业应用移动机器人复合机器人技术规范》团体标准正式发布。该项标准首次界定了复合机器人的定义与边界,构建复合机器人系列术语体系,明确产品设计标准和技术规范,是行业发展壮大的前提之一。

GGII数据显示,从2014至2019年,中国市场的AGV的均价已经从20万降到了11万,协作机器人也从21万降到了13万,当然这里面的产品各种档次的都有,但是必须承认的是随着厂商的不断增多,降价已经成为行业趋势。

随着工业4.0的不断深化,使得工业机器人从第三阶段向第四阶段过渡,解决柔性生产课题。而回归我国制造业的现实情况,目前的发展策略是力争实现弯道超车,自动化、信息化、智能化同步推进。在中国制造2025明确提出,以智能制造为主线,加快两化融合。在此大背景下,不难预估复合机器人将会很大的应用空间和发展前景。

1、AGV:(Automated Guided Vehicle,简称AGV),通常也称为AGV小车。指装备有电磁或光学等自动导航装置,能够沿规定的导航路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车。工业应用中不需要驾驶员的搬运车,以可充电的蓄电池为其动力来源。一般可通过电脑来控制其行进路径以及行为,或利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路径,电磁轨道黏贴于地板上,无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作

2、AMR:自主移动机器人(Autonomous Mobile Robot,简称AMR)是一种具有理解能力,并在其环境中独立移动的机器人。AMR 使用一组复杂的传感器、人工智能、机器学习技术来计算路径规划,以理解环境并在其中导航,不受有线电源的限制。由于 AMR 配备了摄像头和传感器,如果它们在环境中导航时遇到意外障碍,例如掉落的箱子或人群,它们将利用避撞等导航技术来减速、停止或重新规划路线绕过障碍物,然后继续执行任务。

3、集成:系统集成( system integration)通常是指将软件、硬件与通信技术组合起来为用户解决信息处理问题的业务,集成的各个分离部分原本就是一个个独立的系统,集成后的整体的各部分之间能彼此有机地和协调地工作,以发挥整体效益,达到整体优化的目的。

4、差速转向:差速转向指的是车辆通过控制左右两个驱动轮的转速实现转向,当驱动轮转速不同时,即使无转向轮或者转向轮不动作,车身也会旋转。

5、全轮转向:全轮转向系统是指后轮也和前轮相似,具有一定的转向功能,不仅可以与前轮同方向转向,也可以与前轮反方向转向。

6、驱动轮:车辆驱动轮,是与驱动桥相连接的车轮,其所受的地面摩擦力向前,为车辆的行驶提供驱动力。

7、减速器:减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。

8、制动器:制动器是具有使运动部件减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。

9、驱动电机:驱动电机系统是车辆三大核心部件之一。电机驱动控制系统是车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了车辆行驶的主要性能指标,它是车辆的重要部件。

10、法兰:是轴与轴之间相互连接的零件,用于管端之间的连接;也有用在设备进出口上的法兰,用于两个设备之间的连接。

11、谐波减速器:主要由波发生器、柔性齿轮、柔性轴承、刚性齿轮四个基本构件组成,谐波传动减速器,是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。

12、工业4.0:工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代,也就是智能化时代。

13、工业机器人第三阶段:由人工智能驱动的RPA

14、工业机器人第四阶段:第四代工业机器人被称为 AMR,Automatic Mobeltic Robotic。当第三代的智能化流水生产线的机械手臂,越来越具备智能化算法的能力的时候,机器人的运动机能和视觉识别也就会越来越强,第四代机器人 AMR 可以被称作“独立行走的工业化机器人”

  机器人股票的龙头股有:

  1、科沃斯:龙头,9月23日收盘消息,中大力德截至15点,该股报30.65元,跌10.01%,7日内股价下跌4.57%,总市值为46.33亿元。

  中大力德公司2021年实现净利润8136.05万,同比增长15.85%,近三年复合增长为24.48%;毛利率26.24%。

  公司的产品广泛应用于工业机器人、智能物流、新能源、工作母机等领域,减速器可用于生产芯片的晶圆设备。

  2、克来机电:龙头,9月23日消息,埃斯顿收盘于20.54元,涨4%。7日内股价上涨3.36%,总市值为178.52亿元。

  2021年,公司实现净利润1.22亿,同比增长-4.75%,近五年复合增长为7.01%;毛利率32.54%。

  公司重点的行业布局包括锂电、光伏等新能源、汽车及汽车零部件、各类焊接应用领域等,力争今年公司的工业机器人在整车厂实现应用。

  3、东旭光电:龙头,9月23日消息,科沃斯收盘于66.77元,跌1.5%。7日内股价下跌10.81%,总市值为383.07亿元。

  2021年,科沃斯公司实现净利润20.1亿,同比增长213.51%,近五年复合增长为52.09%;毛利率51.41%。

  自公司首款家庭服务机器人产品“地宝”问世以来,其产品的品牌形象定位始终走在行业前列。

  4、秦川机床:龙头,9月23日消息,机器人截至下午三点收盘,该股跌2.47%,报9.08元,5日内股价上涨0.88%,总市值为140.76亿元。

  2021年,公司实现净利润-5.62亿,同比增长-42.12%。

  公司机器人与自动化成套装备全方位覆盖汽车行业制造、检测的全流程,处于行业领先地位。

  5、宝馨科技:龙头,9月23日消息,克来机电截至15时,该股跌4%,报17.03元,5日内股价上涨2.23%,总市值为44.85亿元。

  2021年报显示,克来机电净利润4981.8万,同比增长-61.44%,近四年复合增长为-8.55%;毛利率25.23%。

  柔性自动化装备与工业机器人系统应用供应商;产品主要应用在汽车电子、汽车内饰等领域;食品包装业,融合了并联机器人技术和视觉伺服技术的月饼装盒全自动生产线已在香港美心集团得到成功应用;工业机器人换人技术的批量化工程应用,把离散化的加工模式改造为智能化及柔性化的加工生产线;17年工业机器人系统应用收入1520.61万元,营收占比6.37%。

  机器人概念股其他的还有:

  东旭蓝天:东旭蓝天近7个交易日,期间整体下跌6.03%,最高价为4.18元,最低价为4.32元,总成交量3.47亿手。2022年来上涨1.51%。

  美的集团:近7日股价下跌8.94%,2022年股价下跌-46.79%。

  长虹华意:在近7个交易日中,长虹华意有5天下跌,期间整体下跌4.42%,最高价为5.5元,最低价为5.38元。和7个交易日前相比,长虹华意的市值下跌了1.6亿元。

  华金资本:近7个交易日,华金资本下跌9.07%,最高价为10.91元,总市值下跌了3.17亿元,下跌了9.07%。

  本文选取数据仅作为参考,并不能全面、准确地反映任何一家企业的未来,并不构成投资建议,据此操作,风险自担。

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