李丹

哈爾濱思哲瑞智能醫(yī)療設(shè)備有限公司 黑龍江 哈爾濱 150000

電子制造是電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的組成部分，其生產(chǎn)效率與質(zhì)量很大程度上決定了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。近年來，特別是在芯片制造領(lǐng)域，光刻機等精密設(shè)備成為我國“卡脖子”的技術(shù)之一，其重要性不言而喻。同時，我國制造業(yè)還在智能升級與轉(zhuǎn)型中面臨著實現(xiàn)降低成本、提高產(chǎn)能、獲取更高更快的投資回報率等問題。而機器人作為智能生產(chǎn)線中重要的一部分，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，也因其穩(wěn)定、高效、適應(yīng)性強等特點，受到了更多的關(guān)注，在電子制造生產(chǎn)線上發(fā)揮了越來越多的作用。

在電子制造行業(yè)，電子元件一般包括電阻器、電容器、電感器、接插件和開關(guān)等無源元件以及晶體管、集成電路等有源元件[1]。其制造流程也因產(chǎn)品種類的不同而有較大區(qū)別，但總體來說，在于機器人相關(guān)的步驟中，一般包括元件的搬運、焊接、裝配、測試等功能。

在搬運的應(yīng)用中，應(yīng)用最多的機器人為SCARA構(gòu)型與DELTA構(gòu)型的機器人，如圖1所示。其中，SCARA構(gòu)型為串聯(lián)構(gòu)型，1978年由日本山梨大學(xué)的牧野洋發(fā)明，它一般包括四個自由度，分別為在同一平面內(nèi)的三個轉(zhuǎn)動與末端垂直于該平面的直線移動。DELTA構(gòu)型為并聯(lián)構(gòu)型，一般為三自由度或六自由度。兩種機器人相比于其他機器人的特點都包括快速的末端移動速度，因此被廣泛應(yīng)用在電子制造領(lǐng)域中。而相比之下，SCARA構(gòu)型的移動范圍更大，而一般來說DELTA構(gòu)型的速度更快，精度更高，但其工作范圍較小[2]。也因此應(yīng)用在不同的場合。同時，在大范圍的搬運中，一般主要采用AGV移動機器人，其特點是靈活度高，工作范圍大，并且具有導(dǎo)航的功能?？傊?，在提升效率方面，搬運機器人作為產(chǎn)線中非常重要的一環(huán)，發(fā)揮著不可替代的作用。

圖1 SCARA構(gòu)型與DELTA構(gòu)型

傳統(tǒng)的機器人最早便是應(yīng)用在焊接領(lǐng)域，中國的第一臺焊接機器人由哈爾濱工業(yè)大學(xué)蔡鶴皋院士于20世紀80年代研發(fā)成功，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，焊接機器人的應(yīng)用越來越成熟、穩(wěn)定。而在電子制造領(lǐng)域發(fā)展較晚，以錫焊機器人為代表，首臺國產(chǎn)錫焊機器人于2006年研制成功。錫焊機器人目前的研究重點是針對不同類型的加工對象，設(shè)計對應(yīng)的工裝夾具，同時，在工藝上主要包括對焊點劃分規(guī)劃以及送絲、出絲和擦錫動作的規(guī)劃控制研究[3]。此外，對焊錫加熱部分的設(shè)計與控制也是一部分研究重點?？傊?，機器人在該方向的應(yīng)用相對較少，具有較大的發(fā)展和研究潛力。

機器人在電子制造的裝配領(lǐng)域應(yīng)用較多，從技術(shù)上，主要包括標(biāo)定技術(shù)、視覺檢測技術(shù)、柔順控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等[4]。標(biāo)定技術(shù)包括末端執(zhí)行器的標(biāo)定、視覺系統(tǒng)與機器人的手眼關(guān)系標(biāo)定等，一般方法為采集滿足數(shù)學(xué)約束關(guān)系的數(shù)據(jù)進行求解。視覺檢測一般對待裝配的目標(biāo)進行提取，與標(biāo)定結(jié)果結(jié)合，以獲取相對準(zhǔn)確的目標(biāo)位姿進行裝配。柔順控制技術(shù)包括主動柔順與被動柔順。被動柔順為末端的被動機械裝置，一般具有彈性環(huán)節(jié)，可以快速適應(yīng)不準(zhǔn)確的裝配位置，但其范圍有限，且不包括反饋，因此應(yīng)用具有一定的局限性。主動柔順一般采用末端的力傳感器作為反饋，采用如阻抗控制等柔順的力控制算法進行帶有策略的裝配。近年來，面向該領(lǐng)域模仿學(xué)習(xí)的研究較多，其思想是學(xué)習(xí)人類在進行裝配時的行為與決策，但由于其穩(wěn)定性等因素限制，與穩(wěn)定應(yīng)用還有較大距離。

機器人檢測技術(shù)包含視覺硬件系統(tǒng)和軟件算法。硬件系統(tǒng)包括機器人、工業(yè)相機、光源、工業(yè)鏡頭等，在實際應(yīng)用中有非常重要的作用，硬件系統(tǒng)的效果很大程度上決定軟件算法的質(zhì)量與穩(wěn)定性。軟件算法包括傳統(tǒng)方法與基于統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)的方法。傳統(tǒng)方法包括各類濾波，邊界、區(qū)域的提取算子、模板匹配方法以及擬合方法等[5]。基于機器學(xué)習(xí)的方法研究目前比較火熱，以深度學(xué)習(xí)為代表的圖像檢測方法取得了很大的成功，但其局限性在于需要獲取大量的樣本。

除以上領(lǐng)域的應(yīng)用外，協(xié)作機器人在近年來獲得越來越多的關(guān)注，其特點在于靈活性和簡單易用性，其思想在于將機器人作為工人的協(xié)作伙伴，與工人同時完成一些比較復(fù)雜、難度較高的任務(wù)。

總之，機器人目前在電子制造領(lǐng)域已經(jīng)有了較多的應(yīng)用，包括搬運、焊接、裝配與檢測，而隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人智能程度的提高也勢必會擴展其在該領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。包括對各類任務(wù)更可靠、更高效的視覺檢測分析，對定制化任務(wù)一體化流程的機器人制造系統(tǒng)等。相信機器人技術(shù)的發(fā)展能夠縮短制造周期，降低制造成本，為我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型起到重要作用。