機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立及發(fā)展，是二十世紀(jì)自動(dòng)控制領(lǐng)域最具說(shuō)服力的成就，是二十世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重大成果。1959年，世界第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生，1969年通用汽車安裝了全球首臺(tái)機(jī)器人點(diǎn)焊加工系統(tǒng)，緊接著意大利的菲亞特汽車和日本日產(chǎn)汽車陸續(xù)安裝了機(jī)器人點(diǎn)焊生產(chǎn)線，工業(yè)機(jī)器人正式進(jìn)入了規(guī)模化替代人工制造的時(shí)代。

        現(xiàn)在全世界已有近200萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人，銷售額每年與20%的速度增長(zhǎng)，機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有發(fā)展。隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人已從傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)入人類的工作和生活領(lǐng)域。另處，隨著需求范圍的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端制造系統(tǒng)具有明顯的仿生和高智能特證。其性能不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善，各種機(jī)器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會(huì)融洽的發(fā)展方向!

        目前生產(chǎn)與裝配機(jī)器人較多的主要是在歐美日韓幾個(gè)國(guó)家，他們?cè)?0-80年代已完成了首輪工業(yè)機(jī)器人的規(guī)模應(yīng)用，推動(dòng)工業(yè)制造轉(zhuǎn)向自動(dòng)化。而我國(guó)在2008年金融危機(jī)前，工業(yè)制造主要還是依靠人工的勞動(dòng)密集型加工產(chǎn)業(yè)，2008年國(guó)內(nèi)人力成本逐年提高，自動(dòng)化機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人大規(guī)模進(jìn)入生產(chǎn)線替代人工。以前在珠三角，一個(gè)玩具廠、電子廠、制鞋廠擁有過(guò)萬(wàn)員工，是很平常的事，而現(xiàn)在已經(jīng)非常罕見(jiàn)。與此同時(shí)，歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家在工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展步伐并沒(méi)有停下來(lái)，而是開(kāi)啟了第二輪工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，這次是結(jié)合大數(shù)據(jù)、機(jī)器視覺(jué)、互聯(lián)網(wǎng)等的智能化機(jī)器人技術(shù)，而我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展沒(méi)有經(jīng)歷第一輪，直接進(jìn)入到第二輪的智能化機(jī)器人應(yīng)用。

        2.機(jī)器人激光加工已成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的獨(dú)特的工藝

        機(jī)器人在工業(yè)制造上的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，除了能夠替代人工24小時(shí)連續(xù)工作，還可以減少錯(cuò)誤，特別是在一些高溫、高危、粉塵、污染氣體嚴(yán)重的環(huán)境下，替代人工為工人身體健康提供極大的保障。激光加工作為一種非接觸式的機(jī)械加工過(guò)去十年逐漸得到認(rèn)可，由于具有良好的加工質(zhì)量和產(chǎn)出率，它已經(jīng)成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的獨(dú)特的工藝。過(guò)去幾年，機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)略顯疲軟，而激光加工設(shè)備已成為沖壓、折彎、切削機(jī)床等機(jī)械設(shè)備市場(chǎng)中的黑馬，每年平均增長(zhǎng)20%以上。激光從毫瓦級(jí)到數(shù)十瓦的小功率可用于打標(biāo)、雕刻、鉆孔和微切割等精密加工，而數(shù)百瓦至萬(wàn)瓦級(jí)的大功率激光，適用于大型金屬材料切割、焊接和修復(fù)，其用途十分廣泛。

        傳統(tǒng)的激光加工僅限于平面的二維加工，直到1980年代末人們開(kāi)始把激光整合到工業(yè)機(jī)器人的一起應(yīng)用，通用、沃爾沃等汽車公司是較早使用者。1999年，德國(guó)徠斯機(jī)器人公司首先在機(jī)器人臂內(nèi)導(dǎo)入激光束傳輸系統(tǒng)，整合出第一臺(tái)臂內(nèi)機(jī)器人CO2激光加工系統(tǒng)。機(jī)器人的應(yīng)用，使得這把光刀實(shí)現(xiàn)了多維度、靈活加工，極大突破了原來(lái)二維加工的局限和應(yīng)用空間。

        3.機(jī)器人激光汽車加工已大勢(shì)所趨

        當(dāng)今汽車制造業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈，不斷推出新品，才能滿足高檔次的追求和迎合大眾化的需求。因此，其各個(gè)品種的量化越來(lái)越小，每個(gè)品種的商品壽命越來(lái)越短，這就要求汽車制造商不斷挖潛，提高制造技術(shù)，努力降低生產(chǎn)成本，包括新品的試制成本。歐美公司早在10多年前，已逐漸推廣使用機(jī)器人激光切割機(jī)，應(yīng)用于汽車鈑金的制作。

        多年來(lái)，我國(guó)的機(jī)器人激光加工技術(shù)及裝備經(jīng)歷了從無(wú)到有，從小到大的發(fā)展過(guò)程，現(xiàn)已形成了相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模。機(jī)器人激光切割已被廣泛應(yīng)用在鈑金加工、汽車制造、機(jī)箱電柜生產(chǎn)、電梯制造、農(nóng)用機(jī)械、造船廠等工業(yè)領(lǐng)域。汽車制造行業(yè)是高新技術(shù)高度集中的行業(yè)，激光作為一種先進(jìn)的制造手段，在歐美等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，有50%~70%的汽車零部件是用激光加工來(lái)完成的，汽車行業(yè)的激光應(yīng)用以激光焊接和激光切割為主，激光切割包括平面切割、三維切割等。一個(gè)應(yīng)用機(jī)器人激光切割在汽車制造中的應(yīng)用，大規(guī)模激光加工時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

        5.機(jī)器人3D激光切割成新時(shí)尚

        3D激光切割我們也稱為三維激光切割。三維激光切割機(jī)也叫機(jī)器人激光切割機(jī)，它是一種不受切割方向控制的，能夠自由切割的激光加工系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，三維激光切割機(jī)主要由切割頭、跟蹤系統(tǒng)、激光器、光束傳輸和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)等幾部分組成。能夠?qū)Σ煌穸鹊慕饘俨牧线M(jìn)行多角度、全方位的柔性切割加工。

        三維激光切割柔性化程度高，在正常情況下一套模具只能針對(duì)一種工件一道工序，而三維激光切割能針對(duì)任意工件的任意工序。在工件產(chǎn)品發(fā)生變動(dòng)時(shí)，例如曲面，修邊和孔等的變化更改，只需對(duì)激光切割的脫機(jī)程序進(jìn)行更改，因其使用的工裝夾具相對(duì)簡(jiǎn)單一些，所以工裝夾具改動(dòng)也方便。

        三維激光焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。相對(duì)于工序簡(jiǎn)單的激光切割，激光焊接需要考慮工件定位、適用能量、適用材料、焊接環(huán)境、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、夾具、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等因素，因此激光焊接的規(guī)模應(yīng)用開(kāi)發(fā)會(huì)比純粹切割大一些。如上所述，二維激光焊接局限性明顯，而機(jī)器人激光焊接系統(tǒng)出來(lái)后，更加復(fù)雜的激光焊接就應(yīng)用上了，最明顯的是汽車白車身、車頂與后蓋的激光焊接，是最為人們熟知，而飛機(jī)制造上的機(jī)倉(cāng)底部不銹鋼板拼合，也使用到激光焊接。早些年，一些生活、電子用品的小型電池已經(jīng)用上激光焊接封口，近三年新能源汽車的動(dòng)力電池焊接應(yīng)用更是給激光行業(yè)帶來(lái)了數(shù)十億的設(shè)備需求。

        6.機(jī)器人激光三維加工發(fā)展現(xiàn)狀

        在激光二維加工市場(chǎng)充分開(kāi)發(fā)的情況下，很多人把三維加工看作激光制造的下一個(gè)市場(chǎng)熱點(diǎn)。目前的三維激光加工應(yīng)用已經(jīng)包括激光切割、激光焊接、激光鉆孔等的系統(tǒng)，對(duì)于大型、立體和不規(guī)則幾何形狀的工件，均有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。由于機(jī)器人激光加工系統(tǒng)涉及到機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化控制和激光多方面的專業(yè)，目前市場(chǎng)上從事這種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，也主要是有這三個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)。在激光領(lǐng)域，包括大族、華工、泰德、聯(lián)贏、天弘、楚天、亞威創(chuàng)科源等規(guī)模較大的企業(yè)，基本上都開(kāi)發(fā)了機(jī)器人激光加工系統(tǒng)，粗略估計(jì)國(guó)內(nèi)有超過(guò)70家激光企業(yè)有開(kāi)發(fā)集成機(jī)械臂的激光加工系統(tǒng)。另一類就是從事工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)，包括ABB(中國(guó))、庫(kù)卡、史陶比爾、新松機(jī)器人等公司早就嘗試開(kāi)發(fā)了機(jī)器人激光加工系統(tǒng)，均擁有激光技術(shù)部門或者激光工藝研發(fā)中心。還有一類就是從事自動(dòng)化控制與裝備的企業(yè)，如東莞力生自動(dòng)化、江蘇維力安科技、西安萊曼機(jī)器人、佛山霍貝爾機(jī)器人、杭州凱爾達(dá)機(jī)器人等，這些企業(yè)大都從事自動(dòng)化控制與裝備開(kāi)發(fā)集成，繼而開(kāi)發(fā)了激光三維加工的設(shè)備。

        在歐美國(guó)家，這三類企業(yè)是魚與水的關(guān)系，技術(shù)開(kāi)發(fā)與生意合作非常緊密，而令筆者疑惑的是，這三類企業(yè)在我國(guó)相互之間交流合作似乎并不頻繁，也很少見(jiàn)到有跨界共同開(kāi)發(fā)的。結(jié)果就是，要做三維激光加工系統(tǒng)，激光企業(yè)采購(gòu)機(jī)械臂，機(jī)器人企業(yè)采購(gòu)激光器、光學(xué)元件與冷卻配套，自動(dòng)化裝備集成企業(yè)既要采購(gòu)機(jī)械臂，又要采購(gòu)激光器與光學(xué)元件，然后都是各人自己開(kāi)發(fā)。這樣的格局，其實(shí)并不利于三維激光加工的推廣。

        雖然目前很多激光企業(yè)可以提供機(jī)器人激光加工設(shè)備，但是其訂單數(shù)量并未出現(xiàn)明顯的批量，一個(gè)原因是機(jī)器人激光加工設(shè)備一般是定制化設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品，一套往往就是一個(gè)工作站，加工效率也比較高，可以滿足一般量的生產(chǎn)要求。另外，一套機(jī)器人激光加工系統(tǒng)采購(gòu)成本也高，在加工產(chǎn)能能夠滿足的條件下，用戶不會(huì)進(jìn)一步批量采購(gòu)，據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)一些采用了激光加工的大型汽車制造商，也就擁有不到十臺(tái)激光機(jī)器人加工系統(tǒng)。

        7.2020年機(jī)器人市場(chǎng)將達(dá)到400億美元

        中國(guó)與全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家正在經(jīng)歷一個(gè)機(jī)器人更新?lián)Q代的自動(dòng)化升級(jí)階段，國(guó)外一分析機(jī)構(gòu)對(duì)工業(yè)制造機(jī)器人市場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)研分析，其中也包括被用于激光切割和激光焊接領(lǐng)域，其預(yù)測(cè)，到2020年，該市場(chǎng)將擴(kuò)張到400億美元。

        具體來(lái)說(shuō)，工業(yè)制造機(jī)器人可以分為電子元器件、電器部件、機(jī)械零件，機(jī)器人的主要應(yīng)用方向可以分為焊接機(jī)器人(包括，電弧焊、氣焊、激光焊接、電焊)，物流運(yùn)輸機(jī)器人(包括機(jī)床操作、打包、倉(cāng)儲(chǔ))，包裝封裝機(jī)器人，切割、打磨機(jī)器人，車間視察機(jī)器人和測(cè)試機(jī)器人等等。

        目前，全球范圍內(nèi)，機(jī)器人行業(yè)的第一梯隊(duì)分別是日本的發(fā)那科(FANUC)、安川電機(jī)(Yaskawa)、瑞士的ABB和德國(guó)的庫(kù)卡(KUKA)。四大家族在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)各有所長(zhǎng)，ABB 的核心領(lǐng)域在控制系統(tǒng)，KUKA 在于系統(tǒng)集成應(yīng)用與本體制造，發(fā)那科在于數(shù)控系統(tǒng)，安川在于伺服電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器領(lǐng)域。世界“四大家族”已是行業(yè)公認(rèn)的領(lǐng)頭羊。但我國(guó)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)巨大，到去年底，我國(guó)多功能工業(yè)機(jī)器人進(jìn)口量已達(dá)8.13萬(wàn)臺(tái)，對(duì)于傳統(tǒng)龍頭的產(chǎn)能形成較大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人旺盛的需求向國(guó)產(chǎn)廠商溢出，與巨大的市場(chǎng)的刺激下，國(guó)產(chǎn)廠商技術(shù)不斷突破、市場(chǎng)口碑有效積累，并有不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)。2017年占比全球市場(chǎng)份額的45.4%。新松機(jī)器人、拓斯達(dá)(300607)、埃斯頓(002747)等產(chǎn)能擴(kuò)建項(xiàng)目在2018和2019年密集投產(chǎn)，有望高效搶占正在爆發(fā)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在核心技術(shù)方面正在追趕四大家族。

        結(jié)語(yǔ)：

        工業(yè)機(jī)器人是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先進(jìn)行業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的機(jī)器人不僅是工業(yè)機(jī)器人，還包括服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人，我們要進(jìn)一步推動(dòng)整合行業(yè)資源，通過(guò)各種社會(huì)資源的力量，共同推動(dòng)行業(yè)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

        把激光器與光學(xué)系統(tǒng)集成到工業(yè)機(jī)器人上，賦予了激光加工新的模式與應(yīng)用空間，機(jī)器人的多維度特性與激光加工的優(yōu)點(diǎn)是互相促進(jìn)的，每增添一臺(tái)機(jī)器人激光加工系統(tǒng)，都需要至少一臺(tái)激光器、一套完整的激光光學(xué)配套，這都會(huì)給激光產(chǎn)品帶來(lái)新的需求。據(jù)國(guó)家規(guī)劃顯示，未來(lái)十年，我國(guó)將著重啟動(dòng)軌道交通、節(jié)能裝置、新能源汽車、海工裝備、機(jī)械制造、航空航天等等重點(diǎn)領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展。這些行業(yè)的產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，大都需要三維、柔性、高效、自動(dòng)化程度高的加工工藝，機(jī)器人激光加工恰好符合其要求。

        相信隨著各種零件加工要求的不斷提高，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，各激光企業(yè)、機(jī)器人企業(yè)與自動(dòng)化裝備企業(yè)一定會(huì)銳意創(chuàng)新，在國(guó)內(nèi)推出更優(yōu)秀更先進(jìn)的機(jī)器人激光加工系統(tǒng)，來(lái)滿足制造業(yè)日益增長(zhǎng)的需求，可以說(shuō)，一個(gè)大規(guī)模采用機(jī)器人激光加工技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。