工业机器人：所有行业机器人技术的第一指南
获取最全面的工业机器人指南。详细了解所使用的主要机器人类型、它们的应用和优势。
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工业机器人已经问世近 70 年。尽管如此，很少有人了解机器人的类型、它们可以做什么以及这项技术的好处。每个行业的制造商都开始从自动化中获益。
这篇文章和后续文章将提供有关这些主题的见解，以帮助您了解工业机器人的基础知识。此外，您将看到根据您的行业类型可以在哪里找到投资回报。
本指南的内容
- 工业机器人究竟是什么？
- 工业机器人的主要优势
- 工业机器人的种类
- 工业机器人最常见的应用
- 使用工业机器人最多的行业
- 实施工业机器人的步骤
- 如何找到最适合您需求的机器人供应商
工业机器人究竟是什么？
工业机器人是具有多个运动轴的自动化和可编程机器，可以移动以执行任务。运动轴是机器人身体中的一个关节，其中一个片段可以移动。例如，一个 3 轴机器人可能能够在其底座上旋转，上下移动其手臂，并旋转其手臂末端的抓手。
工业机器人经常出现在执行自动化任务的制造过程中。这些任务包括零件组装、焊接和码垛应用。如果您曾经看过汽车组装的视频，那么您可能已经看过几个工业机器人在行动的例子。一个机器人将车架从一个站点移动到另一个站点。另一个将车门安装到车身上。在准备运送给经销商之前，三分之一可能会在车辆的车身上来回涂上光滑的黑色光泽。
现在你明白什么是工业机器人了，但你为什么要考虑使用一个？
工业机器人的主要优势
几十年来，机器人一直在自动执行任务，所有迹象都表明它们的数量在增加。您可以看到这项技术扩展到非制造业应用的行业。示例包括医疗保健、家用电器和物流运营。对于适当的应用，引入工业机器人有几个好处。
生产力
当需要增加吞吐量或效率时，通常会使用机器人，而手动操作要么缓慢要么昂贵。这方面的一个示例可能是拾取和放置应用程序。假设您是一家糖果厂的工厂经理。当成品在传送带上沿生产线向下移动时，操作员将它们从生产线上取下。然后他或她将它们放在纸板箱中，然后运往零售商。如果自动化，此过程的发生速度可能比手动过程快得多。由于产量的增加，工厂每天生产更多箱糖果。
精度
工业机器人是精确的。这意味着与人类相比，他们可以在很小的错误范围内重复执行相同的任务。主要好处是制造的零件可以具有一致和可靠的质量。这意味着您看到的因未通过质量控制检查而被拒收的零件更少。
机器人焊接应用是这种精度的一个很好的例子。人工焊接的100个支架可能会存在一定的误差和偏差，具体取决于焊工的技能和经验水平。这些焊接部件中有一部分因各种原因而被拒绝——弯曲的焊缝、不一致的厚度或空隙。机器人焊接100个零件，肉眼一模一样。
这样做的原因是机器人遵循一组编程指令。这些说明告诉它要采取的位置、速度和路径。机器人焊工不需要学习曲线，不会出错，也不会疲劳。这意味着一致且可重复的质量。
自主
将复杂的手动流程转变为自主流程的能力可为您的企业带来可观的投资回报。自主程度会因应用程序而异，但今天的一些设施可以“熄灯”。这意味着设施可以在几乎没有人工监督的情况下从头到尾继续运行。
想象一下为航空航天工业生产铝零件的机械车间。仓库机器人从货架上挑选原始零件并将它们装载到移动机器人上（想想没有手臂的 Wall-E）。然后将这些零件运送到 CNC 加工站。另一个机器人从移动机器人中挑选出该零件，将它们装入机器，并开始该过程。然后机器人从机器上取下零件并将其放入盒子中。然后将这些箱子运送到装运区，准备早上第一件事就是出门。
Autonomy 允许制造商最大限度地延长分配给他们的时间，以实现最高效率。这可以节省成本或增加收入。然后，您可以将这些储蓄重新投资回您的业务或降低价格以获得竞争优势。您还可以将人力资本重新分配给更复杂或更有影响力的角色。
工作场所安全
制造设施是危险的，这已经不是什么秘密了。将机器人集成到流程中的一个常见原因是将人类操作员从存在高伤害风险的情况中移除。从底线的角度来看，工伤会被处以高额罚款。安全记录不佳的设施将难以留住熟练工人。
2019 年，企业因工伤造成的总成本为 1,710 亿美元，每次就医伤害为 42,000 美元。雇主在工作场所死亡的成本为 1,220,000 美元。这些成本包括因受伤和医疗护理而减少劳动力数量而损失的时间价值。这些费用数字不包括 OSHA（一家位于美国的工作场所安全监管机构）征收的罚款，对于屡犯者最高可达六位数的罚款。
机器人接管危险应用的一个例子可能是热喷涂工艺，其中热火焰加工零件。热喷涂工艺是一种包括高温和危险化学品的工艺。在这里不难看出工伤的可能性。热喷涂应用具有很高的可重复性（即重复加工相同的零件）。由于火焰和化学物质，它们也很危险。这是机器人自动化的一个很好的候选者。使用机器人完成这项任务可以大大降低工作场所受伤的可能性。
一致性
工业机器人在您之前了解的精度方面是一致的。机器人也是始终如一的工人。他们可以轮班跑，无需休息。机器人不会感到疲倦或受伤。工业机器人比普通操作员更容易预测。机器人不生病，不休假，比人更耐用。
地面空间利用率
利用可用地面空间是最大限度提高效率和吞吐量的主要因素。自动化设施可以充分利用可用空间。这是因为机器人不受人类操作员执行相同操作所需的相同人体工程学和设备限制。
例如，成排的仓库货架之间将需要大量空间。叉车操作员需要空间来操纵他们的车辆通过过道。他们必须转动并从货架上拉出托盘以装载和移除产品。自动化仓库检索系统只需要足够的空间供机器人使用，因为它会穿过货架来拣选零件。
此外，机器人可以利用大型工业建筑的垂直空间。一些机器人可以在传送带顶部运行以执行其任务。操作员需要生产线旁边的空间来执行他们的任务和进出该区域。
工业机器人的种类
固定机器人
固定式机器人是那些在基地不动的情况下执行任务的机器人。这些是最常见的机器人类型，通常用术语工业机器人来形象化。事实上，第一批工业机器人是静止的。这种机器人类型在行业数量和灵活性方面占主导地位。
出于多种原因，这些机器人的应用范围最广。他们的灵活性、速度、力量、运动范围和操纵物体的能力使他们能够执行许多任务。固定式机器人通常有末端执行器。这些是抓手、吸盘或焊接头之类的东西。末端执行器使他们能够捡起东西并四处移动、焊接、油漆等。
这些机器人的速度与力量比是无与伦比的。因为它们使用电动机移动，所以它们可以高速移动。高比率变速箱为更大的模型提供足够的力量来移动整辆车！不同类型的固定式机器人各有优缺点。
您可能听说过的示例包括：
- 六轴机器人
- SCARA 机器人
- Delta 机器人
- 笛卡尔机器人
这几种机器人类型是固定机器人类别中最常见的。除了这里提到的几种机器人之外，还有其他几种机器人类型。有关此处讨论的类型和其他类型的更多详细信息，请参见此处。
移动机器人
移动机器人使用传感器和摄像头系统的组合来执行任务。它们有时被称为 AGV（自动导引车）或 AMR（自主移动机器人）。通常，AMR 更稳健。这是因为他们的软件使他们能够以比 AGV 更智能的方式进行操作。在制造业中，经常会看到移动机器人执行运输或物料搬运应用。这方面的一个例子可能是将成品从生产线运送到运输的机器人。
这种类型的机器人的主要好处是它们可以自主完成这些任务。这消除了对可能危险且效率低下的人类运输工具的需求。现代版本在如何处理不可预见的情况方面更加强大。因为它们通常带有一系列传感器和摄像头，所以它们可以对意外的障碍物和人做出反应。如果机器人感知到障碍物，它可以避开它或等待一个人通过并仍然到达目标位置。
您可以在仓库和火星探测器中找到的自动叉车系统就是移动机器人的例子。许多此类设备的制造商通常都有车队管理软件。这使得数十个移动机器人能够对设施不断变化的需求做出实时反应。使用人工智能，车队可以将更多的移动机器人送到高需求地区。这样可以在没有人工监控或干预的情况下保持物料流的高效率。
飞行机器人/无人机
飞行机器人或自动无人机是通过飞行在周围环境中移动的机器人机器。这类技术在物流和国防应用中最为知名。飞行机器人现在正在寻找进入工业应用的途径。
无人机用于采矿、石油、天然气、工业加工和仓库等环境。常见的应用包括：
- 设备检查
- 产品检验
- 基础设施检查
- 安全应用
- 危险检测
这是这里讨论的最年轻的机器人技术。随着技术的进一步发展，应用的多样性不断增加。
水下机器人
此类机器人包括在海洋环境中运行的任何自动化机器。像他们的空中兄弟一样，水下机器人经常被用于检查工作。它们通常部署在海上石油和天然气或化学加工应用中。它们还用于安全和防御行动。在行业之外，海洋机器人为非营利和学术目的执行勘探操作。
人工水下检查和维修工作对人类工人来说既昂贵又危险。自主水下航行器 (AUV) 已准备好颠覆该行业。
协作机器人
协作机器人是旨在与人类操作员一起工作的机器人。您可能听说过它们被称为“协作机器人”。此定义不将协作机器人限制为任何单独的机器人类型。它们最常见于六轴或铰接臂形式。顾名思义，这个机器人看起来像一个复杂的多关节手臂。这是与工业机器人最相关的风格。重要的是要记住，并非每个六轴机器人都是协作的。
在过去的十年中，协作机器人已经进入主流。它们现在约占全球所有在役机器人的 5%。从 2021 年到 2026 年，这一数字预计将以 23% 的复合年增长率逐年增长。
主要因素包括：
- 与非协作模型相比，成本下降
- 高投资回报率
- 增加有效载荷容量
- 增加运动范围
- 对协作应用的接受度更高
协作机器人具有国际标准化组织 (ISO) 定义的严格设计限制。这意味着无论品牌如何，都必须遵守基线级别的协作规范。
协作机器人可以在许多与非协作机器人相同的应用中执行。但是，您应该考虑协作机器人的固有局限性。
此类限制包括最大速度、有效载荷容量、运动范围以及有关您的应用程序的具体细节。诸如此类的因素可能会使协作机器人成为不太理想的选择。然而，对于正确的应用，协作机器人可以产生高投资回报，而传统工业机器人所需的额外组件和设置的资本支出有限。这些元素包括安全笼等额外的安全硬件以及更密集的编程和设置工作。
工业机器人最常见的应用
工业机器人的理想应用通常是以下之一或组合：
- 平凡而重复
- 危险
- 劳动密集型
这里的图表形象化了机器人可以执行多少种类型的工作。
以下是一些基于机器人正在执行的任务的解决方案示例：
A 组装点胶机器人
机器人在组装和分配应用中表现出色。由于这些工作的可预测性和重复性，机器人非常适合。这些应用程序通常涉及在可预测的情况下长时间处理同一部分。通常，这些流程已经针对人工进行了优化，以实现最高效率。每次都可预测地呈现零件等效率改进使机器人非常适合。一般来说，从这里提高生产力的唯一方法是使流程自动化。
例如，点胶应用可能是操作员需要在前灯框架上涂胶的工作。这项任务可能涉及整天以相同方式呈现给操作员的零件。安装机器人来承担这项任务可以让人工在其他地方用于更复杂和更有吸引力的应用程序。机器人可能会更快、更稳定，并为此类任务带来更高的投资回报。
搬运和拣选机器人
搬运和拣选工作通常是重复性和劳动密集型的。搬运作业的一个示例可能是将成品箱从传送线移动到托盘以进行运输。这种工作既是重复性的，又是劳动密集型的。此外，这是包括受伤可能性的任务类型。将箱子从传送带移到地板上的托盘上会对人体造成很大压力。这些考虑使处理和挑选应用程序成为自动化的主要候选对象。传感器和机器视觉相机等辅助设备允许机器人在动态环境中运行。这意味着它可以适应零件排列、方向或类型的细微变化。
检验和质量控制机器人
当任务变得重复并且平凡的表现可能开始受到影响时。在此过程中，没有比质量控制对您的底线更不利的了。在该领域出现故障之前，不会再次发现这里犯的错误。因此，自动检查和 QC 是常见的机器人应用。
对于这些类型的应用，您经常会发现机器人与视觉系统配对。相机可能会拍摄零件的照片并处理视觉数据。然后它将该信息传递给机器人。从那里，机器人可以进行修正，传递零件以进行进一步处理，或将零件作为不合格零件丢弃。
然而，并不总是需要相机。某些任务，例如测量压铸件的合规性或在计算机板上测试连续性，可能不需要机器人的视觉系统来执行其任务。每个应用程序都是独一无二的，许多变量会影响到包括辅助设备的决定。
焊接机器人
焊接工作也通常是可预测的、重复的和劳动密集型的。焊接应用中的机器人非常一致。他们可以在重复加工相同零件的操作中表现出色。使用焊接机器人的行业示例包括汽车、航空航天和建筑公司。在这些地方，一些产品每天要加工成百上千次。当每天在同一条装配线上将同一个汽车底盘焊接在一起时，它就变成了一个非常可重复的过程。这个应用程序是焊接机器人可以支付红利的一个很好的例子。
绘画机器人
出于类似的原因，绘画应用程序通常是自动化的。与焊接一样，当过程重复且可预测时，喷漆任务是自动化的理想选择。在许多不同部件以多种方式涂漆的工作中，机器人可能不会成功。当经常涉及自定义绘画任务时，它们也不会表现出色。为什么？机器人需要针对每种情况重新编程或重新配置。从长远来看，与保持流程手动相比，这通常会变得更加劳动密集和成本高昂。
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使用工业机器人最多的行业
包装
包装行业有许多拣选、物料搬运、装箱和码垛作业。所有这些任务都可以自动化，并且可以根据应用的具体细节（材料特性、任务复杂性、精细运动技能水平等）使用机器人解决方案自动化。
包装行业有哪些机器人的例子？包装公司使用固定式机器人进行取放和装箱应用。想象一下机器人将纸巾盒放在一个大纸板箱中进行分发。包装行业也使用移动机器人将产品从生产线末端移动到仓库。
食品和饮料
食品和饮料行业通常每天对相同产品执行数千次重复性任务。与其他行业不同，食品和饮料行业增加了卫生方面的复杂性。人在产品周围甚至产品本身上的存在会带来污染风险。这对受政府质量标准严格监管的食品和饮料行业来说是一个巨大的问题。在问题得到纠正的同时，违规行为可能导致巨额罚款和生产损失。对于一个通常利润微薄并依赖大批量生产获利的行业来说，这是一个巨大的问题。
食品和饮料行业的一些流程自动化可以消除一些污染风险。这些过程包括分配、材料处理和包装等。今天有许多机器人专为冲洗条件而设计。这非常适合食品和饮料行业，因为他们必须经常清洁设备。
航天工业
航空航天工业在机器人自动化方面有着悠久的历史。机器人在这里执行材料搬运、装配、钻孔、喷漆和焊接等任务。这是由于重复性、高精度标准和质量控制。
有时，出于安全考虑，机器人会执行这些任务。航空航天应用可能涉及大型组件。当人工操作员执行这些工作时，这会导致固有风险。航空航天公司通常有非常严格的安全标准，他们的承包商必须满足这些标准。使某些流程自动化是承包商满足这些规范的一种方式。
由于组件的大小，航空航天工业中的机器人有时会与二级机械结合使用。这些系统称为机器人传送单元 (RTU)。您可以使用带有 RTU 的机器人向下移动机身钻孔的整个长度。机器人可以以比人类技术人员更高的精度和可重复性做到这一点。在对质量控制中的任何失误采取零容忍态度的行业中，这种高水平的精度和可重复性至关重要。因此，机器人在航空航天工业中的数量和应用范围只会继续增长。
金属工业
金属行业在焊接、材料处理、机器管理和弯曲等应用中利用机器人自动化。这些任务可能是危险且重复的。这使它们成为自动化的主要候选者。机器人精度也是该行业的主要优势。金属公司通常支持对其零件有严格规范的其他行业。这些公司包括航空航天和汽车行业的公司。
汽车行业
汽车行业拥有最悠久的机器人技术历史。事实上，第一台商用工业机器人是通用汽车的物料搬运和焊接机器人。它是一种物料搬运和焊接机器人，可将压铸件从装配线上取下并将其焊接到车身上。汽车行业需要精确、快速地组装重型部件。像这样的任务对人类操作员来说既苛刻又危险。此外，一家汽车厂可能只生产几种不同型号的车辆。这使得该过程具有重复性和可预测性。难怪这个行业在使用工业机器人来提高质量、安全性和生产力方面有着悠久的历史。
工业机器人实施步骤
现在您对不同的机器人类型和应用有了很好的了解。了解未来的挑战很重要。
机器人生态系统
购买机器人并不像在线下订单那么简单。这可能是一项复杂的任务，需要考虑许多因素。有制造机器人的制造商，但其中许多制造商通过分销进行销售。分销商将能够提供机器人和更换零件。有时这些分销商可以帮助您集成机器人，但有时不能。有时，您必须找到第三方集成商来安装机器人。如果您无法自行集成，则尤其如此。
机器人技术在过去十年取得了显着进步。然而，集成仍然是一项艰巨的任务，可能是一个复杂的过程。假设应用程序很简单并且硬件的实现很容易，这可能是一个代价高昂的错误。
现在，您可能已准备好开始您的第一个自动化项目。但是，为了使其成功，请务必遵循以下步骤：
1 - 为您的自动化项目使用经过验证的流程
做你的第一个自动化项目需要一定的准备才能成功。如果您开始时没有适当的计划，您很可能会面临困难、错误和挫折。多年来，我们已经能够测试出经过验证的自动化旅程流程，这些流程导致了许多成功的项目。此过程包括以下步骤：
- 通过映射您的生产来确定可能的自动化项目
- 衡量生产力提升
- 计算您的预算
- 确定投资回报率
- 研究品牌、供应商和集成商
当然，这是为了本文的目的而进行的简化。这就是为什么我们建议您使用我们的自动化旅程工具来指导您一路走来。
2 - 选择最适合首先自动化的任务
对于开始自动化的公司，建议先从更简单的项目开始。更简单的任务误用机器人技术的风险更小。但是，如果您不熟悉自动化，您如何确定哪些任务是简单的？
这就是为什么您首先需要规划您的生产。首先，定义您想要自动化的站点或任务。如果您不知道从哪里开始，服务提供商也可以走访您的生产线并帮助您定义最佳应用程序。
一旦你选择了你想要自动化的站点，你必须详细说明它们。描述今天每个流程是如何执行的，它有多少操作员，等等。这一步对于更好地了解自动化所需的内容是必要的。在这个过程中不要错过任何东西会有所帮助。
一旦详细说明，您就可以根据特定目标对它们进行比较，例如提高生产力、工作环境等。
为了帮助您，我们有一个 Potential Finder Tool，可帮助您识别潜在项目。此工具可让您了解设施中自动化项目的影响和风险。
3 - 建立管理案例并定义投资回报率
在流程的早期了解您的自动化业务案例很重要。机器人自动化设备需要资金投入。因此，了解项目的成本和收益至关重要。机器人可以提高我们之前讨论过的领域的生产力，但对您来说是否值得付出代价？
我们的投资计算器将帮助您确定您可能会在自动化中获得什么。输入您的业务和应用程序的细节，以了解机器人技术对您的流程的影响。
机器人的全部成本通常不仅仅包括机器人本身。存在集成成本并且通常需要额外的硬件。其他硬件可以包括安全设备、视觉系统、传感器和末端执行器。除了这些其他因素之外，还需要考虑维护成本。
如何找到最适合您需求的机器人供应商
一旦您组装了一个商业案例并获得了预算，您将开始寻找供应商。在承担工业机器人项目时，寻找集成商可能是一项更困难的任务。
您如何找到专门针对您的应用、行业或机器人品牌的机器人？
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