文/新戰(zhàn)略機(jī)器人全媒體
說起直角坐標(biāo)型機(jī)器人，很多人或許并不將其稱之為機(jī)器人，但從廣義上來講，它也可以算作機(jī)器人的一種。根據(jù)市場應(yīng)用情況，直角坐標(biāo)機(jī)器人在中國市場應(yīng)用占比最大，應(yīng)用場合也更為廣泛。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最為簡單的一類，因其成本較低，并可以根據(jù)不同情況進(jìn)行靈活組裝，而被廣泛應(yīng)用于點(diǎn)膠、注塑、噴涂、碼垛、搬運(yùn)、上下料等常見的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。目前，我國使用的工業(yè)機(jī)器人中40%左右為直角坐標(biāo)機(jī)器人。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人的應(yīng)用與優(yōu)勢
直角坐標(biāo)型機(jī)器人又稱單軸機(jī)械手，工業(yè)機(jī)械臂，電缸等，是以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動(dòng)方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動(dòng)軌跡。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人因末端操作工具的不同，可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。應(yīng)用對象涉及電子、機(jī)械、汽車、食品等諸多行業(yè)。
相對于關(guān)節(jié)型機(jī)器人而言，直角坐標(biāo)型機(jī)器人不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且成本低廉。直角坐標(biāo)型組合方式靈活多樣，可以組裝成單軸到多軸的機(jī)械手，如龍門式、懸臂式、壁掛式等，也可根據(jù)不同的負(fù)載、行程、功能及特殊空間要求，為客戶訂制所需求產(chǎn)品。同時(shí)，X、Y、Z三軸基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)軸和翻轉(zhuǎn)軸，構(gòu)成五自由度和六自由度機(jī)器人，或者作為專業(yè)自動(dòng)化機(jī)械中的直線定位系統(tǒng)。
相較于人工，直角坐標(biāo)型機(jī)器人有無可比擬的優(yōu)勢。直角坐標(biāo)型機(jī)器人運(yùn)行速度快，重復(fù)定位精度高，可有效節(jié)省人工成本、快速提升產(chǎn)能，適合大批量生產(chǎn)，可縮短交貨周期，能確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性與一致性，生產(chǎn)制造出來的產(chǎn)品保障性更高。
據(jù)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2014年，大部分直角坐標(biāo)型機(jī)器人廠家的銷量都實(shí)現(xiàn)了較大程度的增長。去年一年直角坐標(biāo)型機(jī)器人在我國的銷售量達(dá)1.80萬臺(tái)，總產(chǎn)值1.62億元，同比增長30%。目前，中國使用的工業(yè)機(jī)器人中40%左右為直角坐標(biāo)型，直角坐標(biāo)型機(jī)器人是中國工業(yè)機(jī)器人市場上銷量最大的機(jī)器人類型。
模仿--改進(jìn)--原創(chuàng) 直角坐標(biāo)機(jī)器人進(jìn)化三步驟
在中國，直角坐標(biāo)型機(jī)器人的發(fā)展史已經(jīng)有二十余年，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變。國產(chǎn)的直角坐標(biāo)型機(jī)器人的實(shí)力雖然還不能與外資的品牌相比，但直角坐標(biāo)型機(jī)器人是目前國產(chǎn)率最高的工業(yè)機(jī)器人。在中國這個(gè)機(jī)器人需求大市場中，綜合各方因素考慮，對于很多企業(yè)，尤其是下游應(yīng)用企業(yè)來說直角坐標(biāo)型機(jī)器人顯然是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
“由于歷史的原因，我國的單軸機(jī)器人主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，模仿--改進(jìn)--原創(chuàng)。但現(xiàn)階段，國內(nèi)單軸和直角坐標(biāo)機(jī)器人大部分還處于模仿階段，如果我們不能進(jìn)行原創(chuàng)性的產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)，那我們就不可能成長出一流的單軸和直角坐標(biāo)機(jī)器人品牌。”深圳銀光董事長肖新春對新戰(zhàn)略機(jī)器人全媒體記者介紹。
深圳威洛博總經(jīng)理吳雪亮也表示了同樣的觀點(diǎn)：“目前，我國的線性機(jī)械手主要以模組銷售為主，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一階段，也是國產(chǎn)品牌立足和努力的階段，未來，威洛博希望通過品牌塑造走上第二個(gè)階段——銷售整機(jī)坐標(biāo)機(jī)器人及可靠性方案。”
國產(chǎn)直角坐標(biāo)機(jī)型器人的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
現(xiàn)階段，直角坐標(biāo)機(jī)器人最熱門的應(yīng)用空間在于3C電子市場，直角坐標(biāo)型機(jī)器人在3C行業(yè)的銷量占據(jù)整體銷量的半壁江山。除3C行業(yè)之外的應(yīng)用領(lǐng)域，如食品、醫(yī)藥、注塑、機(jī)械等領(lǐng)域?qū)χ苯亲鴺?biāo)型機(jī)器人的需求亦逐年攀升。
國內(nèi)直角坐標(biāo)型機(jī)器人企業(yè)正快速崛起，但受制于成本高、規(guī)模小、技術(shù)含量不足等因素，與已經(jīng)有三十余年積淀的外資品牌仍存在差距。中國大部分直角坐標(biāo)型機(jī)器人的速度、精度、穩(wěn)定性都不及外資品牌，并且其控制系統(tǒng)都需要從國外進(jìn)口。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2014年中國市場上，直角坐標(biāo)型機(jī)器人國產(chǎn)占比42.22%，其余的57.78%全部為外資品牌占據(jù)。
在生產(chǎn)加工過程中，由于加工的精度、型材的剛性，以及關(guān)鍵零部件的采購單價(jià)等一些硬傷，所以與多關(guān)節(jié)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化時(shí)所遭遇的尷尬相同，直角坐標(biāo)型機(jī)器人的部分關(guān)鍵零部件也需要依賴進(jìn)口。由此可見，在趕超外資的道路上，國產(chǎn)的直角坐標(biāo)型機(jī)器人的道路依然困難重重。
所幸的是，國產(chǎn)直角坐標(biāo)機(jī)器人企業(yè)都已經(jīng)看到問題，紛紛從多個(gè)方面加強(qiáng)自主開發(fā)的能力，并立志于打造屬于自己的品牌產(chǎn)品，倚重于價(jià)格大戰(zhàn)的風(fēng)氣逐漸被遠(yuǎn)離。如深圳銀光開始尋求與國產(chǎn)優(yōu)秀控制器廠商合作；深圳威洛博不搞直銷，而是打造國產(chǎn)品牌形象；東莞凱寶也與外資企業(yè)合作等。
未來直角坐標(biāo)可朝向模塊化發(fā)展
隨著直角坐標(biāo)機(jī)器人的不斷發(fā)展，未來延伸到模塊化機(jī)器人。
模塊化工業(yè)機(jī)器人由若干功能單元(模塊)組成，這些模塊之間具有友好的機(jī)構(gòu)連接接口和電氣連接接口，可以快速地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)樣式的變更，功能的轉(zhuǎn)換、重構(gòu)及擴(kuò)展。
模塊化工業(yè)機(jī)器人主要包含三個(gè)階段。第一階段是直角坐標(biāo)機(jī)器人，是模塊化的初級(jí)階段，主要由X，Y，Z三軸直交組合而成。直角坐標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于： 可由單軸模組快速組合和重構(gòu)；算法簡單，通常通過直線差補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)即可實(shí)現(xiàn)空間曲線和軌跡；精度高，成本低，可直接嫁接到自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線中。不過，直角坐標(biāo)機(jī)器人的缺點(diǎn)在于本體結(jié)構(gòu)缺乏柔性，空間利用率低；工作死角區(qū)域大，狹小空間無法進(jìn)入， 容易與周圍物體發(fā)生干涉和碰撞；行程變更難度大。不可逆轉(zhuǎn)。
第二階段是可擴(kuò)展串聯(lián)機(jī)器人，一般由三到六個(gè)關(guān)節(jié)模塊組成，臂長可以調(diào)節(jié)或更換。其優(yōu)點(diǎn)包括可根據(jù)現(xiàn)場需要選擇軸數(shù)和調(diào)節(jié)臂長；空間利用率高，可深入狹小空間；本體輕型化后，比傳統(tǒng)機(jī)器人更為輕便。缺點(diǎn)在于僅適用比較輕型的場合，對3C行業(yè)是優(yōu)點(diǎn)；剛性較直角坐標(biāo)要差。控制趨于復(fù)雜；精度控制難度加大。
第三階段是仿生機(jī)器人，仿生設(shè)計(jì)，無限關(guān)節(jié)與自由度。外形類似蜈蚣和象鼻。其特點(diǎn)主要有自由度更大，更為靈活；可以繞過障礙物，進(jìn)行精細(xì)作業(yè)；未來非常有價(jià)值的應(yīng)用。
