尽管”效率”一词有几种不同的含义，但如果使用得当，机器人可以成为提高几乎所有类型效率的高效方法。然而，机器人较低的结构刚度意味着高效铣削需要特别关注。

通过正确的策略（如姿态规划、颤振抑制）和合适的CAM软件，您可以用工业机器人实现高效铣削。

在本指南中，我们将探讨加工中的高效意味着什么，以及如何使用机器人来实现它。

加工中“效率”的真正含义

在制造业中，“效率”一词至少有四种不同的用法。在您尝试创建一个高效的机器人铣削单元之前，先明确您实际想要提高的是哪种类型的效率是很有帮助的。

以下是制造业中效率含义的简要比较：

让我们更详细地了解一下：

1. 设备效率（OEE）

设备综合效率（OEE）是制造业中极为常见的指标。它是衡量任何特定机器生产率的行业标准。

100%的OEE意味着您的制造过程只以最快的速度生产合格零件，没有停机时间，并且达到所需的质量标准。达到世界级OEE基准的机器约为85%。

2. 工艺效率

对于大多数制造商来说，高效加工意味着工艺效率。这是衡量加工过程去除材料的量、速度和表面质量的指标。

在机器人加工中，工艺效率对许多应用场景来说既蕴含着最大的潜力，也面临着最大的挑战。

3. 计算效率

计算效率是出现在一些机器人研究中的指标。它描述了控制算法运行所需的处理器负载有多低。

作为制造商，就提高生产产量而言，计算效率可能不如工艺或设备效率对您重要。

4. 机器人效率

“效率”一词常被用于营销机器人系统。与重复性或负载等更具体的机器人术语不同，机器人的效率没有标准定义。

如果您看到某个特定的机器人系统被宣传为高效，值得深入了解一下制造商实际上指的是什么。

为什么机器人是实现高效加工的可靠途径

机器人具有若干结构性优势，有助于同时提高设备效率和工艺效率。

机器人提高加工效率的一些好处包括：

• 更大的工作空间——与传统CNC机床相比，机器人拥有更大、更灵活的工作空间。机械臂可以轻松地围绕大型复杂零件进行加工，省去了降低传统CNC机床设备效率的多次装夹操作。
• 多操作灵活性——单台机器人可以在一个单元内完成各种操作，包括铣削、钻孔、磨削和精加工。除了操作效率外，这还有助于您从预算中获得更多收益，因为每个工序原本都需要专用机床。
• 可重编程性——从一种零件设计切换到另一种，使用机器人通常比使用传统CNC机床更简单。对于多品种、小批量生产，这是相对于固定CNC工装的主要效率提升。

对于许多应用来说，无论您选择使用哪种定义，机器人加工正成为实现更高效率的宝贵途径。

高效机器人加工的3大核心挑战

但机器人也给高效加工带来了挑战，特别是当我们谈论工艺效率和最大化高速材料去除时。

与传统CNC机床相比，机器人的结构刚度较低，这可能会在加工任务中引入问题。然而，有可靠的策略可以克服这些问题。

三个常见的挑战和解决方案是：

挑战一：材料去除率较低→动态铣削策略

工业机器人的刚度通常在0.1到1 N/μm之间，而传统机床通常在50 N/μm以上。这意味着传统机床的刚度大约是机器人的50到100倍。这可能会限制您用机器人去除材料的速度，以避免不期望的振动。

解决材料去除率较低的一个方法是使用动态铣削策略。这涉及在工件会产生偏斜力的区域降低铣削速度。一个例子是保持一致的径向啮合量，而不是让切削力在机器人转弯时激增。

挑战二：性能随姿态变化→姿态规划

机器人的刚度可能会根据其在单次切削走刀中刀具路径上任何给定点的关节配置而显著变化。一种姿态可能非常刚硬稳定，而另一个点则容易产生”颤振”（由刀具和工件之间的动态相互作用引起的不期望振动）。

解决这个问题的方法是姿态规划。使用合适的机器人编程软件，您可以优化机器人的关节配置，以最大化切削力方向上的刚度。

挑战三：颤振→稳定性叶瓣分析

机器人铣削会产生两种不同类型的颤振：

1. 再生颤振——常见于高速铣削，再生颤振是一种破坏性振动，当切削刀具经过工件上先前加工过的、含有颤振痕迹的表面时产生。
2. 模态耦合颤振——这种类型的颤振主要发生在机器人本身。它产生的振动幅度更大，可能比再生颤振更具破坏性。

减少颤振影响的一种有效方法是稳定性叶瓣分析。这涉及为您的特定机器人、刀具和材料组合创建一个映射，确定哪些主轴转速和切削深度可以避免颤振。

如何为高效机器人加工选择合适的软件

测试不同策略的一种非常有效的方法是使用合适的CAM软件。您需要使用专为机器人设计的软件，在单个软件工具中提供完整的加工工作流程。

RoboDK CAM就是专门为此而构建的。其高效机器人加工的关键功能包括：多轴刀具路径生成、包含之字形和螺旋策略的自适应模式、可调节的进刀和退刀运动（带有可定制的安全平面），以及部署前的完整机器人仿真。

仿真功能对于机器人加工效率尤为重要。由于机器人刚度和颤振行为取决于姿态，并且很难通过分析预测，因此在将程序部署到实体机器人之前，最好在仿真中验证程序。

欲了解更多信息，请查看RoboDK-CAM产品页面。

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许多优秀的工业机器人公司都值得您的关注。但其中一些公司已经在行业中领先数十年。

有些人更倾向于选择行业领先的品牌。他们认为，使用某个机器人品牌的人越多，这个品牌的机器人就会越好。从逻辑上讲，选择一个数十年来一直广受欢迎的品牌确实有其道理。

实际上，如今已有数百家工业机器人公司提供可靠、功能丰富且高效能的机器人。从整个市场来看，每个制造商都有其擅长的领域，因此值得全面了解。

不过，有些机器人公司无疑在行业中处于领先地位。

而且，这些制造商生产的机器人都得到了 RoboDK 的支持。

是什么造就了一个行业领先的工业机器人品牌？

以下所列的机器人品牌，我们可称之为“行业领先品牌”。
那这在实际中意味着什么？

事实上，一家工业机器人公司之所以能够脱颖而出，可能基于以下几个原因：

• 年收入高，或具备其他体现财务表现优异的指标
• 数十年来一直是机器人行业的中坚力量
• 其机器人产品在某些行业或应用场景中无处不在
• 它引领了行业的变革

这些标准并不能说明全部情况，但它们有助于我们对机器人市场中的“主要参与者”有一个大致的了解。

全球四大工业机器人企业

多年来，机器人行业一直由被称为“四巨头”的几家公司主导。

事实上，这些企业的机器人产品遍布全球数千个工厂与设施，它们共同占据了全球机器人市场约75%的份额。因此，凭借各自鲜明的品牌标识和产品设计，这些公司往往一眼就能被认出。

1. ABB

你通常可以通过其标志性的白色机身和醒目的红色标识来识别ABB机器人。

ABB成立于1988年，总部位于瑞士苏黎世。除了机器人技术外，该公司还专注于其他自动化技术和电力设备领域。

该公司的年收入约为280亿美元，并在2002年成为全球首家售出10万台机器人的公司。

2. Fanuc

你通常可以通过其亮黄色外观来识别Fanuc机器人。

Fanuc成立于1972年，总部位于日本大矶市，毗邻标志性的富士山山麓。该公司专注于机器人技术及其他自动化设备，尤其在数控机床领域表现突出。

该公司的年收入达47亿美元，在全球已安装超过75万台机器人。

3. KUKA

你通常可以通过其标志性的橙色外观来识别KUKA机器人。

库卡成立于1898年，最初是一家乙炔气体制造商。该公司于1956年首次涉足工业自动化领域，推出了一套自动焊接系统，并在1971年制造了其第一台焊接机器人。

公司总部位于德国奥格斯堡，年营收为25亿美元，其中机器人业务贡献了8.99亿美元。

4. Yaskawa

安川电机生产的Motoman系列机器人，通常以其白蓝配色为标志，易于识别。

安川电机成立于1915年，但其首款机器人于1974年推出。这是日本首款电动工业机器人，在此之前，所有机器人都采用液压驱动。

该公司总部位于日本福冈，年营收约为17亿美元，其中约5.97亿美元来自机器人业务。

其他知名的工业机器人公司

尽管上述四大巨头在机器人市场占据重要地位，但其他这些工业机器人公司也可以说以各自的方式引领着行业发展。
    你可以在全球许多工厂设施中看到这些公司的机器人产品。与机器人行业的所有老牌企业一样，它们也都来自日本或欧洲。

5. Comau

Comau是一家总部位于意大利都灵的自动化与机器人制造企业。

该公司成立于1973年，并在1980年代为通用汽车（General Motors）研发了首款激光机器人。最近，它已进军协作机器人领域，其推出的Aura协作机器人拥有目前市场上最大的负载能力（170公斤）。

该公司的年收入为12亿美元

6. Epson

提到爱普生（Epson），你可能首先想到的是他们的桌面打印机。然而，爱普生的机器人业务部门却是该行业的重要参与者。

爱普生成立于1942年，总部位于日本长野县。该公司于1984年首次将其机器人产品推向北美和南美市场。

整个公司的年收入为96亿美元，其中约13.2亿美元来自可穿戴设备和工业产品。

7.Kawasaki

川崎是一家日本工业制造商，最为人熟知的或许是它的摩托车、发动机和航空航天设备。

该公司成立于1896年，但直到1968年才开始制造机器人—当时它与全球首家工业机器人公司Unimation达成协议，在日本本土生产机器人。

该公司的年收入为13亿美元，全球已安装超过16万台机器人。

8. Mitsubishi

三菱电机（Mitsubishi Electric）最为人熟知的是其电器产品，但其机器人业务也是该行业中的常见存在。

三菱电机（本身隶属于三菱集团）成立于1921年，总部位于日本东京。

该公司年营收约为116亿美元，其中约30亿美元来自工业自动化系统。

9. Stäubli

史陶比尔（Stäubli）机器人是机器人行业的另一大中坚力量，其产品遍布全球众多工厂。

该公司成立于1892年，总部位于瑞士霍根（Horgen）。最初是一家纺织自动化设备制造商，1982年收购了Unimation公司后开始涉足机器人领域。
    目前，该公司的年营业额约为12亿美元。

10. 通用机器人与协作机器人市场

最后，这份榜单上最年轻的公司处于机器人领域最新趋势之一——协作机器人（又称“cobot”）的前沿。

优傲机器人（Universal Robots）成立于2005年，总部位于丹麦欧登塞。该公司很可能是“协作机器人”这一术语的提出者，意指一种无需安全围栏即可运行的机器人。该公司的年收入为2.19亿美元。

欧姆龙与协作机器人的发展

自那时起，数十家其他协作机器人公司相继成立，市场中的大型企业也纷纷推出了各自的协作机器人产品。

其中一家成功进入协作机器人市场的公司便是欧姆龙（Omron）。

欧姆龙是一家总部位于日本京都的工业自动化公司。2018年，该公司与台湾科技公司达明机器人（Techman Robot）达成合作，在其原本已涵盖多种工业机器人（包括移动机器人、SCARA机器人和并联机器人）的丰富产品线中，又增添了一系列成功的协作机器人。该公司的年收入达到69亿美元。

你应该选择哪个工业机器人品牌？

总体而言，所有这些工业机器人公司以及其他相关企业都可能是您选购下一台机器人的不错选择。

但是，如何判断哪一台机器人才是最适合您的呢？面对如此众多不同类型的机器人，确实容易让人感到无从下手。

一个好的切入点是先确定你的机器人应用需要具备哪些特性。例如，你的任务需要多大的负载能力，以及多大的工作范围？

然后你就对所需机器人特性的有了更清晰认知，将继续开展研究。

最后，无论你选择哪个品牌的机器人，都可以确保它能够得到RoboDK的支持。

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在国际通用的标准中，机器人的定义是自动执行任务的机器装置。也就是说，天上飞的无人机，水中的潜水鱼雷，任何一种自动装置，在广义范围里都可以被称为机器人。而今，机器人在近十年中迅速成为科技热点，我们通常所提到的机器人，则一般分为两个类别：具备一定智能功能、且外形拟人化的 “类人”机器人（Humanoid Robot），以及我们今天要重点介绍的工业机器人，也就是 Industrial Robot。

具有“人形”特征的机器人往往应用于与人类互动、代替或帮助我们完成一些工作，它的技术应用偏重于 “智力”、“语言”、“手眼结合”等方面，这些应用我们在后面也会谈到。工业机器人大多数以机械臂的形式呈现，是具有多关节、多自由度，应用于工业领域的工具。

在全世界，工业机器人已经具有几十年的历史，从80年代开始已批量使用于生产制造行业中。现代的工业机器人更加智能——先进的控制器附带或允许更多“类人”机器人具有的功能，使其应用于工业，例如根据视觉反馈执行任务，通过力度传感器实现安全的人机互动，以及利用机器学习寻找操作的最佳路径等等。

工业机器人的构成一般为三个部分：

• 控制器——相当于机器人的“大脑”，它包括中央控制器，处理器，运算器，软件，输出入接口，内存等等。
• 机器人——大多数是机械臂的形式，也有例如并联（也叫Delta）或水平（Scara）机器人，在RoboDK的机器人模型库中可以找到它们。机器人“身体”包括马达，旋转轴，加减速器，脉冲计数器等等。
• 控制手柄——也被称为示教器，与控制器相连，相当于机器人的有线遥控器。

根据国际机器人联合会（International Federation of Robotics）的报告，工业机器人在全世界的平均购买数量每年增长约12%，越来越多的机器人加入到汽车制造，电子电气，金属化工等行业中，不断为企业提高生产力。报告称，2016至2019年之间，全世界范围内将一共安装140万余台工业机器人；截止至2019年，全世界会有260万台工业机器人在各行各业中作业。

工业机器人有哪些最常见的应用呢？

重型机器人的优势是实现人力无法完成的、或具有一定“危险性”的工作。例如，激光焊接，激光切割，铣削打磨，喷漆，码垛等等。这类机器人用料厚重，金属感强，根据实际操作的工件重量、空间范围等需要，载荷可达几百甚至上千公斤。

重复性的机械式作业，是对人力资源的低效利用（人很难长期坚持做同一种工作），企业面临人员不稳定、用工难的问题。轻型工业机器人外形小巧，可用于取放，分拣，零件装配等，重复性强且稳定可靠。这类机器人可使用铝合金材料外壳，载荷仅为几公斤。

在今天，利用传感器等技术，工业机器人的“智力”大大提高，有向类人机器人靠拢的趋势。协作型机器人（Cobots）提供方便安全的人机合作场景，增加生产、医疗以及娱乐等的可能性，为工业机器人开拓出一片全新的市场。

通过RoboDK离线编程软件，用户可以轻松使用工业机器人完成应用、且并不局限于生产制造等行业。例如，我们的客户案例中包括：传媒公司使用工业机器人布置动态舞台，艺术工作室利用工业机器人雕刻产品，搭配手机摄像头及软件后、工业机器人可用于人像素描，安装在吧台边的机械臂为顾客磨出“手”冲咖啡等等，这些应用实例在我们今后的博客里会陆续介绍到。

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