3C 领域迎来革新 :SCARA 机器人技术的新篇章

文:传动网2024年第三期

       近期,华为发布新型小折叠屏手机Pocket 2,上演全 新折叠屏“折痕消失术”,一经发布便受到广大消费者的热 捧,尤其抢占高端女性市场,2024年前6周,华为销量暴涨 64%,重回国内智能手机第一宝座。

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  随着科技的飞速发展,3C行业已经成为我国国民经济 的重要支柱产业,在过去的几十年里,3C行业取得了举世 瞩目的成就。随着换机周期的到来,手机、笔记本等新技 术突破、价格下行,高性价比及新技术变革,逐步拉动终 端消费欲,带动整体市场逐步回暖,据MIR统计,3C行业 2023年全年市场销售额达到17972亿元,预计2024年消费 电子市场仍会保持增长(见图1)。

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  1 SCARA机器人在3C行业的应用

  3C行业一直处于科技的最前沿,同样产品非常多样 化,从电脑、手机到智能穿戴设备,每种产品都有不同的 型号和功能,这也造成了生产线一天之内需要数次更换生 产机种,浪费成本、生产效率低下,且每年一次的更新迭 代,需要生产线上的机器人,既能保证形态以及功能上的 创新,也要确保低成本、高品质制造。

  3C行业产品零部件尺寸小,精密度高,并且制作流程 较为复杂,因此对工艺有着较高的要求(见图2)。相比工业机器人与协作机器人来说,拥有着更高精度、更小体积 和更高灵活度的SCARA机器人,在3C行业领域更具优势, 因此成为了3C行业领域应用最多的机器人之一,2023年市 场占比高达54%,占据3C行业过半数市场(见图3)。

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  MIR预计,随着2024年细分行业自动化投资复苏,整 体市场将逐渐回暖。未来随着经济环境回暖、手机迭代加 速,3C行业市场逐步增长,目前组装、上下料、测试等较 多工艺可通过SCARA实现自动化,未来将拉动SCARA机器 人市场快速增长。

  2 3C行业持续创新,SCARA机器人升级的脚 步从未停止

  随着3C行业的的技术迭代,SCARA机器人做出的努力远不止于此:

  ① 优化SCARA机器人刚性结构,采用更先进的控制算 法,从而实现更高的精度和稳定性;

  ② 缩短Cycle time的实际加工时间以及必要的准备、装 载和卸载时间,优化流程效率,节省每个步骤循环所需要的 时间,使能效最大化;

  ③ 实现大扭矩和小减速比;

  ④ SCARA机器人结构轻量化。

  随着SCARA机器人技术创新,通用版SCARA产品竞争 加剧,越来越多的厂商加速布局大负载、高速机等特殊机 型,工业机器人“四大家”都已完成SCARA产品的布局,未 来SCARA市场竞争将更加激烈。

  在被外资厂商统治的时间里,国产SCARA厂商并没有 停下前进脚步,而是通过对机器人本体不断的创新,加快 SCARA市场渗透,提升市场占有率。

  根据MIR DATABANK数据,2023年,内资SCARA销量 首次突破50%,这也意味着在SCARA市场激烈的竞争中, 国产厂商的技术变革迎来了“曙光”(见图4)。

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  值得关注的是,根据MIR DATABANK数据显示,2023年 有3家国产厂商以销量过万的优秀成绩进入工业机器人TOP10 行列,其中埃夫特增速最高,达到了84.1%(见图5)。

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  在当今的制造行业中,提高生产效率和减少运营成 本成为企业追求的核心目标。然而,面对快速变化的市场 需求和日益复杂的生产任务,许多制造商面临着显著的挑 战。特别是在高速自动化生产线上,机器人在执行任务时常常因为高速启动和停止过程中产生的抖动,导致精度下 降,这不仅影响了产品质量,也延长了生产周期,进而增 加了生产成本。此外,传统机器人系统在处理多品种、小 批量生产时的灵活性和效率低下,以及在复杂作业环境下 的定位和搬运能力不足,进一步限制了其在现代制造业中 的应用范围和效率。

  面对这些“痛点”,专注于工业机器人本体研发的埃夫 特针对性地开发了新一代ESR系列SCARA机器人,主要应 用于3C行业。相关资料显示,ESR系列具备高节拍,3kg- 50kg的负载能力,400~1200mm的工作半径,其高刚性和 轻量化的设计,重复定位精度可达±0.01mm。除了具备高 刚性和轻量化设计外,该系列产品在抖动抑制和传送带跟踪方面表现更为亮眼。

  (1)抖动抑制功能

  众所周知,SCARA机器人在以最高速度进行启动、停止过程中,SCARA的负载给SCARA本体带来的颤动大约需 要0.5~0.8s才能稳定在±0.02mm之内,而埃夫特ESR系列 配备的抖动抑制功能,可以优化高速定位抖动及解决机器 人低速运动过程中的抖动,节拍提升20%~28%,从消除 颤动节约的时间来看,可以很大程度上发挥SCARA最大能 效,还可以进一步压缩生产周期。

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  (2)传送带跟踪

  除此之外,埃夫特ESR配备的传送带跟踪功能,在可 靠和高效的基础上可以完全胜任各传送单元之间、传送单 元和工装以及工装和工装之间的搬运、上下料任务,支持 光电传送带跟踪,2D视觉跟踪、3D视觉跟踪,可实现多品 种、多类型产品的混线实时监控跟随功能,在搬运物料过 程中,水平面和垂直面的运动稳定性和节拍相对以往产品 有显著的提升。

  3 3C产品发展与SCARA应用

  手机是3C行业中最大的单一市场之一,2023年手机市 场份额占比超过57%(见图7)。手机产业链涵盖了从上游 的元器件供应商到下游的组装厂商、渠道商和运营商等, 同时也是3C行业中最为复杂的产业链之一,可以说手机的 生产和销售环节对整个3C产业链的繁荣与发展起到了关键 作用,手机市场的环境的好坏也是影响机器人发展的重要 因素。

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  近几年来,智能手机、笔记本电脑等3C产品不断追求 创新,以提升产品性能、降低成本、提升品质及用户体验 来争得市场优势。

  在手机端,随着柔性OLED和AMOLED屏幕的普及,手 机制造商也正在追求更“薄”的显示技术;为了追求更极致 的手感和视觉效果,手机屏幕设计更加异形,曲面屏、柔 性折叠屏、超微孔式前摄等屏幕方案应运而生,近两年市 场份额正在逐步提升。

  在电脑端,笔记本电脑越来越轻、薄、小,许多新款 笔记本采用了全面屏设计,提供了更震撼的视觉体验和更 高的屏占比;在手机中使用的电池技术被应用在笔记本电 脑中,为电脑提供了更大电池容量和更快的充电技术。

  随着3C行业越来越“卷”,SCARA机器人在3C行业越 来越多的精细操作和自动化测试中,扮演着越来越重要的 角色。

  例如在搬运手机屏幕、电池时,其易碎易爆的特性对 机器人的精度和力控要求非常高,以确保装配过程中的力 度精准可控,避免对部件造成损坏。埃夫特ESR系列具备优 越的速度、精度、线性度及垂直度性能,且水平面和垂直 面的运动稳定性及节拍相对以往产品有显著提升,在高效 可靠的基础上可以完全胜任各传送单元之间,传送单元和 工装,工装和工装之间的搬运任务。

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  此外,由于3C产品电路设计复杂,尺寸小,密度大, 所以通常采用高性能元器件,因此生产过程中需要对PCB进 行外观、功能性、参数、可靠性等多道程序进行检测以确 保品质。ESR 系列SCARA机器人拥有良好的空间利用率, 可以灵活的集成在检测设备内,通过与传送带和检测单元 的信息交互,配合工业相机实现传送带物料精准抓取,即 使对复杂的精密检测夹具,也可以完成精准放料,避免部 件边缘划伤,并且检测程序完成后,SCARA根据检测单元 的输出结果可以自动分拣不良品并进行回收。

  ESR系列SCARA机器人的大范围负载与工作半径,适 用于不同大小和重量的电子组件,这意味着ESR系列SCARA 机器人可以处理多种类型的产品,无需频繁更换或调整设 备;SCARA机器人还可以与MES系统集成,实现生产过程 的实时监控和管理,提高生产透明度和效率,这对于质量 控制和工艺优化具有重要意义。

  4 总结

  2024年,随着3C行业的逐步复苏,预计中国制造在全 球电子高端产品市场依旧占据主导地位,继而迎来了一波 强劲的复兴浪潮。回顾过去,国产SCARA机器人在过去几 年中取得了显著的进步,不仅在性能上逐渐接近或超越国 际品牌,而且在成本控制和售后服务上具有明显优势。随 着国内制造业的转型升级,对高端装备的需求日益增长, 国产SCARA机器人正逐步实现对进口产品的替代,迎来新 的发展机遇,国产SCARA机器人大有可为


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