淺析機器人在電子制造領域的應用

李丹

哈爾濱思哲瑞智能醫療設備有限公司 黑龍江 哈爾濱 150000

電子制造是電子信息產業中重要的組成部分，其生產效率與質量很大程度上決定了電子產業的發展方向。近年來，特別是在芯片制造領域，光刻機等精密設備成為我國“卡脖子”的技術之一，其重要性不言而喻。同時，我國制造業還在智能升級與轉型中面臨著實現降低成本、提高產能、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線中重要的一部分，隨著機器人技術的發展，也因其穩定、高效、適應性強等特點，受到了更多的關注，在電子制造生產線上發揮了越來越多的作用。

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

在搬運的應用中，應用最多的機器人為SCARA構型與DELTA構型的機器人，如圖1所示。其中，SCARA構型為串聯構型，1978年由日本山梨大學的牧野洋發明，它一般包括四個自由度，分別為在同一平面內的三個轉動與末端垂直于該平面的直線移動。DELTA構型為并聯構型，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，因此被廣泛應用在電子制造領域中。而相比之下，SCARA構型的移動范圍更大，而一般來說DELTA構型的速度更快，精度更高，但其工作范圍較小[2]。也因此應用在不同的場合。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，并且具有導航的功能。總之，在提升效率方面，搬運機器人作為產線中非常重要的一環，發揮著不可替代的作用。

圖1 SCARA構型與DELTA構型

傳統的機器人最早便是應用在焊接領域，中國的第一臺焊接機器人由哈爾濱工業大學蔡鶴皋院士于20世紀80年代研發成功，歷經幾十年的發展，焊接機器人的應用越來越成熟、穩定。而在電子制造領域發展較晚，以錫焊機器人為代表，首臺國產錫焊機器人于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，設計對應的工裝夾具，同時，在工藝上主要包括對焊點劃分規劃以及送絲、出絲和擦錫動作的規劃控制研究[3]。此外，對焊錫加熱部分的設計與控制也是一部分研究重點。總之，機器人在該方向的應用相對較少，具有較大的發展和研究潛力。

機器人在電子制造的裝配領域應用較多，從技術上，主要包括標定技術、視覺檢測技術、柔順控制技術、系統集成技術等[4]。標定技術包括末端執行器的標定、視覺系統與機器人的手眼關系標定等，一般方法為采集滿足數學約束關系的數據進行求解。視覺檢測一般對待裝配的目標進行提取，與標定結果結合，以獲取相對準確的目標位姿進行裝配。柔順控制技術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，一般具有彈性環節，可以快速適應不準確的裝配位置，但其范圍有限，且不包括反饋，因此應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，面向該領域模仿學習的研究較多，其思想是學習人類在進行裝配時的行為與決策，但由于其穩定性等因素限制，與穩定應用還有較大距離。

機器人檢測技術包含視覺硬件系統和軟件算法。硬件系統包括機器人、工業相機、光源、工業鏡頭等，在實際應用中有非常重要的作用，硬件系統的效果很大程度上決定軟件算法的質量與穩定性。軟件算法包括傳統方法與基于統計機器學習的方法。傳統方法包括各類濾波，邊界、區域的提取算子、模板匹配方法以及擬合方法等[5]。基于機器學習的方法研究目前比較火熱，以深度學習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。

除以上領域的應用外，協作機器人在近年來獲得越來越多的關注，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作伙伴，與工人同時完成一些比較復雜、難度較高的任務。

總之，機器人目前在電子制造領域已經有了較多的應用，包括搬運、焊接、裝配與檢測，而隨著機器人技術的發展，機器人智能程度的提高也勢必會擴展其在該領域的應用范圍。包括對各類任務更可靠、更高效的視覺檢測分析，對定制化任務一體化流程的機器人制造系統等。相信機器人技術的發展能夠縮短制造周期，降低制造成本，為我國制造業的轉型起到重要作用。