3C 領域迎來革新 :SCARA 機器人技術的新篇章

文:傳動網2024年第三期

導語:近期,華為發布新型小折疊屏手機Pocket 2,上演全 新折疊屏“折痕消失術”,一經發布便受到廣大消費者的熱 捧,尤其搶占高端女性市場,2024年前6周,華為銷量暴漲 64%,重回國內智能手機第一寶座。

       近期,華為發布新型小折疊屏手機Pocket 2,上演全 新折疊屏“折痕消失術”,一經發布便受到廣大消費者的熱 捧,尤其搶占高端女性市場,2024年前6周,華為銷量暴漲 64%,重回國內智能手機第一寶座。

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  隨著科技的飛速發展,3C行業已經成為我國國民經濟 的重要支柱產業,在過去的幾十年里,3C行業取得了舉世 矚目的成就。隨著換機周期的到來,手機、筆記本等新技 術突破、價格下行,高性價比及新技術變革,逐步拉動終 端消費欲,帶動整體市場逐步回暖,據MIR統計,3C行業 2023年全年市場銷售額達到17972億元,預計2024年消費 電子市場仍會保持增長(見圖1)。

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  1 SCARA機器人在3C行業的應用

  3C行業一直處于科技的最前沿,同樣產品非常多樣 化,從電腦、手機到智能穿戴設備,每種產品都有不同的 型號和功能,這也造成了生產線一天之內需要數次更換生 產機種,浪費成本、生產效率低下,且每年一次的更新迭 代,需要生產線上的機器人,既能保證形態以及功能上的 創新,也要確保低成本、高品質制造。

  3C行業產品零部件尺寸小,精密度高,并且制作流程 較為復雜,因此對工藝有著較高的要求(見圖2)。相比工業機器人與協作機器人來說,擁有著更高精度、更小體積 和更高靈活度的SCARA機器人,在3C行業領域更具優勢, 因此成為了3C行業領域應用最多的機器人之一,2023年市 場占比高達54%,占據3C行業過半數市場(見圖3)。

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  MIR預計,隨著2024年細分行業自動化投資復蘇,整 體市場將逐漸回暖。未來隨著經濟環境回暖、手機迭代加 速,3C行業市場逐步增長,目前組裝、上下料、測試等較 多工藝可通過SCARA實現自動化,未來將拉動SCARA機器 人市場快速增長。

  2 3C行業持續創新,SCARA機器人升級的腳 步從未停止

  隨著3C行業的的技術迭代,SCARA機器人做出的努力遠不止于此:

  ① 優化SCARA機器人剛性結構,采用更先進的控制算 法,從而實現更高的精度和穩定性;

 ?、?縮短Cycle time的實際加工時間以及必要的準備、裝 載和卸載時間,優化流程效率,節省每個步驟循環所需要的 時間,使能效最大化;

 ?、?實現大扭矩和小減速比;

  ④ SCARA機器人結構輕量化。

  隨著SCARA機器人技術創新,通用版SCARA產品競爭 加劇,越來越多的廠商加速布局大負載、高速機等特殊機 型,工業機器人“四大家”都已完成SCARA產品的布局,未 來SCARA市場競爭將更加激烈。

  在被外資廠商統治的時間里,國產SCARA廠商并沒有 停下前進腳步,而是通過對機器人本體不斷的創新,加快 SCARA市場滲透,提升市場占有率。

  根據MIR DATABANK數據,2023年,內資SCARA銷量 首次突破50%,這也意味著在SCARA市場激烈的競爭中, 國產廠商的技術變革迎來了“曙光”(見圖4)。

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  值得關注的是,根據MIR DATABANK數據顯示,2023年 有3家國產廠商以銷量過萬的優秀成績進入工業機器人TOP10 行列,其中埃夫特增速最高,達到了84.1%(見圖5)。

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  在當今的制造行業中,提高生產效率和減少運營成 本成為企業追求的核心目標。然而,面對快速變化的市場 需求和日益復雜的生產任務,許多制造商面臨著顯著的挑 戰。特別是在高速自動化生產線上,機器人在執行任務時常常因為高速啟動和停止過程中產生的抖動,導致精度下 降,這不僅影響了產品質量,也延長了生產周期,進而增 加了生產成本。此外,傳統機器人系統在處理多品種、小 批量生產時的靈活性和效率低下,以及在復雜作業環境下 的定位和搬運能力不足,進一步限制了其在現代制造業中 的應用范圍和效率。

  面對這些“痛點”,專注于工業機器人本體研發的埃夫 特針對性地開發了新一代ESR系列SCARA機器人,主要應 用于3C行業。相關資料顯示,ESR系列具備高節拍,3kg- 50kg的負載能力,400~1200mm的工作半徑,其高剛性和 輕量化的設計,重復定位精度可達±0.01mm。除了具備高 剛性和輕量化設計外,該系列產品在抖動抑制和傳送帶跟蹤方面表現更為亮眼。

  (1)抖動抑制功能

  眾所周知,SCARA機器人在以最高速度進行啟動、停止過程中,SCARA的負載給SCARA本體帶來的顫動大約需 要0.5~0.8s才能穩定在±0.02mm之內,而埃夫特ESR系列 配備的抖動抑制功能,可以優化高速定位抖動及解決機器 人低速運動過程中的抖動,節拍提升20%~28%,從消除 顫動節約的時間來看,可以很大程度上發揮SCARA最大能 效,還可以進一步壓縮生產周期。

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  (2)傳送帶跟蹤

  除此之外,埃夫特ESR配備的傳送帶跟蹤功能,在可 靠和高效的基礎上可以完全勝任各傳送單元之間、傳送單 元和工裝以及工裝和工裝之間的搬運、上下料任務,支持 光電傳送帶跟蹤,2D視覺跟蹤、3D視覺跟蹤,可實現多品 種、多類型產品的混線實時監控跟隨功能,在搬運物料過 程中,水平面和垂直面的運動穩定性和節拍相對以往產品 有顯著的提升。

  3 3C產品發展與SCARA應用

  手機是3C行業中最大的單一市場之一,2023年手機市 場份額占比超過57%(見圖7)。手機產業鏈涵蓋了從上游 的元器件供應商到下游的組裝廠商、渠道商和運營商等, 同時也是3C行業中最為復雜的產業鏈之一,可以說手機的 生產和銷售環節對整個3C產業鏈的繁榮與發展起到了關鍵 作用,手機市場的環境的好壞也是影響機器人發展的重要 因素。

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  近幾年來,智能手機、筆記本電腦等3C產品不斷追求 創新,以提升產品性能、降低成本、提升品質及用戶體驗 來爭得市場優勢。

  在手機端,隨著柔性OLED和AMOLED屏幕的普及,手 機制造商也正在追求更“薄”的顯示技術;為了追求更極致 的手感和視覺效果,手機屏幕設計更加異形,曲面屏、柔 性折疊屏、超微孔式前攝等屏幕方案應運而生,近兩年市 場份額正在逐步提升。

  在電腦端,筆記本電腦越來越輕、薄、小,許多新款 筆記本采用了全面屏設計,提供了更震撼的視覺體驗和更 高的屏占比;在手機中使用的電池技術被應用在筆記本電 腦中,為電腦提供了更大電池容量和更快的充電技術。

  隨著3C行業越來越“卷”,SCARA機器人在3C行業越 來越多的精細操作和自動化測試中,扮演著越來越重要的 角色。

  例如在搬運手機屏幕、電池時,其易碎易爆的特性對 機器人的精度和力控要求非常高,以確保裝配過程中的力 度精準可控,避免對部件造成損壞。埃夫特ESR系列具備優 越的速度、精度、線性度及垂直度性能,且水平面和垂直 面的運動穩定性及節拍相對以往產品有顯著提升,在高效 可靠的基礎上可以完全勝任各傳送單元之間,傳送單元和 工裝,工裝和工裝之間的搬運任務。

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  此外,由于3C產品電路設計復雜,尺寸小,密度大, 所以通常采用高性能元器件,因此生產過程中需要對PCB進 行外觀、功能性、參數、可靠性等多道程序進行檢測以確 保品質。ESR 系列SCARA機器人擁有良好的空間利用率, 可以靈活的集成在檢測設備內,通過與傳送帶和檢測單元 的信息交互,配合工業相機實現傳送帶物料精準抓取,即 使對復雜的精密檢測夾具,也可以完成精準放料,避免部 件邊緣劃傷,并且檢測程序完成后,SCARA根據檢測單元 的輸出結果可以自動分揀不良品并進行回收。

  ESR系列SCARA機器人的大范圍負載與工作半徑,適 用于不同大小和重量的電子組件,這意味著ESR系列SCARA 機器人可以處理多種類型的產品,無需頻繁更換或調整設 備;SCARA機器人還可以與MES系統集成,實現生產過程 的實時監控和管理,提高生產透明度和效率,這對于質量 控制和工藝優化具有重要意義。

  4 總結

  2024年,隨著3C行業的逐步復蘇,預計中國制造在全 球電子高端產品市場依舊占據主導地位,繼而迎來了一波 強勁的復興浪潮?;仡欉^去,國產SCARA機器人在過去幾 年中取得了顯著的進步,不僅在性能上逐漸接近或超越國 際品牌,而且在成本控制和售后服務上具有明顯優勢。隨 著國內制造業的轉型升級,對高端裝備的需求日益增長, 國產SCARA機器人正逐步實現對進口產品的替代,迎來新 的發展機遇,國產SCARA機器人大有可為


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