工业机器人之五大机械结构及关键零组件分析

  单轴机器人一般分为两种传动方式,一为滚珠螺杆传动,二为同步齿形带(简称:同步带)传动,两种皆是以直线导轨做为导向,并配合伺服电机或步进电机,来实现不同应用领域的定位、移载、搬运等等。透过不同的组合样式,还可以实现两轴、三轴、龙门式的组合。

  直角座标机器人是基于X、Y、Z直角座标,在各座标的长度范围内进行工作或运动,适用于搬运、取放等作业,可应用的领域包括射出成型机取出用手臂、移动并定位、堆迭、锁螺丝、切割、装夹、压入、插取、装配、自动药房等。

  台湾机器人相关业者数量约有80家,现有40家以上的业者可从事座标机器人相关设备的设计开发,所使用的关键零组件国产化程度较高。在射出成型机取出用机械手臂中,天行自动化(Alfa)与台湾精锐(Apex)为该领域之领先业者,并在中国大陆具有一定的市场占有率。

  SCARA机器人的特点是负载小、速度快,因此其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业或是食品行业等领域。例如IC产业的晶圆、面板搬运、电路板运送、电子元件的插入组装都可以看到SCARA机器人的踪迹。国外厂商包含EPSON、IAI、DENSO等日厂。国内厂商则有台达电、东佑达、上银。

  由于其构造简单,在移动上能达到最短路程,机构也容易小型化,可达到高速高精度的控制,因此主要应用于高速取放、筛选作业,主要应用于食品业、电子检料、制药、包装等用途。一般情况下,一个并联机器人可以替代4-6个人工,帮助用户有效提高生产效率,降低生产成本。

  了解完工业机器人的五种机械结构后,接下来我们来谈谈工业机器人剩下的三大关键零组件:减速机、伺服马达、控制器。这些零组件约占机器人整机成本的60-70%,是迈入工业机器人产业相当重要的门槛。

  以全球四大工业机器人大厂(瑞士ABB、日本发那科FANUC、德国库卡KUKA、日本安川YASKAWA)来看,控制器是唯一皆自行制造的关键零组件,伺服马达及减速器则部分外购,以下将依序就这三项零组件来说明:

  减速器是连接动力源与执行机构之间的传动机构,能将马达的转速降低,并让转矩提升。其将电动机、内燃机等高速运转的动力,透过输入轴上的小齿轮啮合后,再输出至轴上的大齿轮以达到减速的目的,并藉此传递更大的力矩。

  减速器特别讲究高可靠度、高精度、高刚性,是个重资产、高投入、慢回报的产业。从全球工业机器人大厂来看,多未自行研发减速器,而是主要仰赖日本纳博特斯克(Nabtesco)及哈默纳科(Harmonic Drive)等两大巨头,光这两大厂就占了减速器70%以上的市场份额。

  主流供应商包括日本松下、摩川、安川、三菱、三洋、富士以及欧美厂商如德国伦茨(Lenze)、博世力士乐(Bosch Rexroth)。目前光是日系品牌即占全球机器人市场40%市占率。在台湾,伺服马达品牌如东元、台达电亦有不错表现。

  控制器为机器人之「大脑」,包含硬体及软体两部分。硬体是工业控制板卡,软体则是控制演算法。一般较成熟的机器人厂商多半自行开发控制器,以保证品质的稳定性及产品的维修体系,因此也是各机器人制造商的核心技术所在。

  除了全球四大机器人大厂自行研发控制器外,EPSON、DENSO、TOSHIBA亦深耕控制器领域,生产自有品牌的机器人。而在台湾,诸如工研院、研华宝元、新汉等厂商,近几年在全球控制器市场也有不错的成绩。返回,查看更多

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