传感器在工业机器人领域热度持续升温

发布日期：2017-07-24 来源： 高工机器人网 浏览次数：15898

大数据时代的到来，也预示着传感器市场迎来发展的春天。

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　　而在智能工厂的运行中，传感器在其中的每个环节都起到了至关重要的作用，不仅仅是采集数据的眼睛和耳朵，更是制造、流程控制、联网操作的大脑和心脏。

　　传感器市场全球化升温

　　随着“工业4.0”概念的深化，全球的传感器市场持续升温，据预测，2016年-2021年，传感器的复合年增长率预计为11%，到2021年市场规模将达到1906亿美元。

　　目前，全球传感器市场主要由美国、日本、德国的几家领先企业主导，博世、霍尼韦尔、飞思卡尔、日立等传统电子行业巨头，都把传感器作为未来业务的主要增长点。

　　在国内，传感器市场的增长速度也持续加快，预计2020年传感器市场规模将突破1800亿元。集中在长三角地区的传感器生产企业，逐渐分散扩大，形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。

　　受到“中国制造2025” 政策的推动，传感器在工业机器人领域的需求也不断增长，专注于传感器70多年的西克近年来在中国市场的销售额保持稳定增长，尤其是工业机器人领域成为西克重点布局的领域之一。除了与国际知名机器人企业KUKA、发那科等保持长期合作，西克更是与国内的机器人厂商互动频繁，产品目前已经广泛应用于新松、新时达等众多机器人厂商。

　　西克非常看好中国的工业机器人市场，尤其是移动机器人(AGV、餐厅机器人、巡逻监控机器人等)更是成为西克传感器重点发挥的领域。

　　事实上，机器人巨头企业也嗅到了这一领域的商机。

　　ABB在日前于杭州举办的“电力与自动化世界”活动中，向中国市场正式推出两款高性能电机产品，其中有一款就是能够轻松实现低压电机状态监测的ABB Ability智能传感器。

　　ABB集团数字官乔瑞在会上展示了ABB Ability“金字塔型”的四个层次，其中位于底层的设备与传感器是ABB ability的基础。利用智能传感器解决方案将低压电机与工业互联网相连接，从而实现对电机的连续监测。传感器可以便捷地贴附在电机上，将电机震动、温度、负载和能耗等关键数据传输到云端。一旦任何参数偏离标准值，它就会发出警报，从而使操作人员在电机发生故障前采取预防措施。

　　传感器在工业机器人领域的应用

　　与人类的手相比较，目前的工业机械臂在感知功能上还存在很大的欠缺，能做的事情非常有限。

　　为了实现机器人在复杂、动态及不确定性环境下的自主性，国内外研发人员都逐渐将视觉、听觉、压觉、热觉、力觉传感器等多种不同功能的传感器合理地组合在一起，形成机器人的感知系统，为机器人提供更为详细的外界环境信息，进而促使机器人对外界环境变化做出实时、准确、灵活的行为响应。

　　以工业机器人为例，其中涉及的几种重要传感器包括三维视觉传感器、力扭矩传感器、碰撞检测传感器、安全传感器、焊接缝追踪传感器、触觉传感器等。配备了传感器的工业机器人可以实现力反馈、重复力、目标定位、称量东西、手动引导等功能。

　　进一步来说，传感器的应用拓宽了工业机器人的应用范围，比如，安装了力矩传感器的机器人可以完成如装配、材料剔除，以及外形修正、抛光等工作。

　　传统机器人在组装汽车发动机的精密零部件时，由于缺乏对用力大小的反馈，没有办法做到有的放矢，也无从判断零件组装的紧密度。而KUKA LBRiiwa机器人的机身装配有七个力矩传感器，使得其能够感知外部所施加力量的大小。因此，LBRiiwa主要应用于汽车发动机零部件组装等精细化的生产环节。

　　配有力传感器和夹爪的UR机器人，可以在通过触碰调整进行定位后，使用与人类手指相似的力度成功实现CPU、DIMM/内存条及其它复杂零件的柔性装配。物料位置一般都会存在一定程度公差，而UR机器人的力控方案甚至在物料存在大于±0.5mm安装公差时都可成功组装而无须视觉等定位辅助。

　　通常，力矩传感器有两种不同的选项设置：一种是覆盖在机器人手臂上的“电子皮肤”，另一种是远程或夹具安装传感器。

　　“电子皮肤”覆盖在机器人的机械手臂上，借助传感器收集的信息，机器人可以利用“触觉”来识别周围的情况，找出佳的行进路线并控制移动方向，从而灵活避开前进中遇到的各种障碍。包裹着“皮肤”的机械臂十分灵活，还可以控制触碰物体时的力度。依靠这种“电子皮肤”，机器人不仅能感知到物体的地点和方位，还能获得物体的硬度和强度等信息。

　　在拖动示教功能中，大部分协作机器人都是通过使用内置FT传感器来实现手动引导的，只要一个FT传感器，就可以通过设定机器人的起点和终点，以及中间的线性轨迹，完成机器人的示教，传统的工业机器人并没有内置这种类型的传感器。

　　虽然电流反馈和力矩传感器都可以实现机器人的碰撞急停和示教等功能，但是力矩传感器更加，价格也更贵。

　　值得一提的是，因为传感器价格较高，如果在机器人的每个关节处都安装传感器，将导致成本过高，因此，有些企业也想出了成本较低的方案，即末端用力传感器检测作业中的外力作用，关节处用电流来估测外力作用以实现碰撞检测和任一关节的拖动示教。

　　需要注意的是，机器人中安装力矩传感器，还有一个致命的缺陷，即刚度大大降低。因为力矩传感器测量力矩的基本原理是内外圈之间的形变(类似于弹簧)。当系统中装有力矩传感器后，传动链上会有明显的变形，系统的刚度相比于没有力矩传感器的机器人，会下降很多。

　　而在一些传统机器人的应用领域，比如机床行业，对于机器人的刚度要求比较大，当刚度过低时，不光是控制精度下降，系统也容易不稳定。

　　(原标题：感知智能制造脉搏传感器在工业机器人领域热度持续升温)

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