气动夹爪及自动化末端抓手存在的问题分析
2023-05-06
市场规模
我国生产了世界上90%的手机、90%的计算机、70%的彩电及30%的汽车，全球制造业每年消耗掉模块化夹爪数量超过3000万个。根据Global Market Insights, Inc研究报告显示，机器人末端执行器市场的收入在2018年超过25亿美元，预计到2025年将达到65亿美元大关，2019年至2025年间增长14％。
从控制方式来分，模块化夹爪可分为气动、电动和其他类型。在统计的国内标准化夹爪中，气动夹爪占比高达90%以，电动夹爪占比很少。由此可见，气动是主要的产品形态。
虽然全球气动市场规模已经达到千亿元的市场，但是我国与国际先进水平相比差距甚大，我国民族品牌的销量却不到世界市场的十分之一，仅为美国的1/21，日本的1/15，德国的1/8，国际前20强公司中没有一家中国本土企业。
应用场景
气动技术，全称是气压传动与控制技术，是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。气动技术不仅被用来完成简单的机械运动，而且在促进自动化的发展中起到了极为重要的作用。
在我国，从上世纪30年代，气动技术成功地应用于辅助动作上。70年代，气动技术广泛应用在生产自动化的各个领域。90年代后期开始一直保持着良好的经济运行态势。截止目前，在汽车零部件加工、工业自动化、锂电加工、3C制造、光伏加工和包装设备等场景中，气动技术充当着不可替代的角色。
行业痛点
在广泛应用的背景下，气动技术仍存在着以下几个痛点：
1、柔顺性不足：针对气动技术的应用，当气缸固定之后，整个气动结构相对固定，很难适应现在工业生产中多品种、小批量的特点。
2、智能化不足：末端执行器的智能化不但能够提升效率，而且能够精简流程。
3、灵巧性不足：灵巧性的提升对机器替代人的双手从事高危工作具有重要作用。
4、普适性难：柔顺性、智能化和灵巧性的不足都导致了一部分末端执行器在一些场景不能适用。
5、伪标准：气动执行和控制系统元器件上万种，选型手册不统一，所以气动技术还具有伪标准的痛点。
如下图所示，虽然缸体规格化，但是夹爪难以标准化；行程或负载难以标准化；夹爪伪标准，系统更非标，最终，难以实现极度的标准化和积木化，给负责开发、维护的工程师造成了极大的困扰。
6、高成本
以日系某品牌元器件为例，采购成本为2405元，当使用气动技术时，非直接采购成本需要额外增加100-2000元左右，这些额外的费用主要包含：
现场勘查费：由于需要气源的支持，所以首先就要考虑气源位置、敷设路径、气源稳定性、管径等各种因素。
设计费：气动夹爪设计时，会遵守理想气体状态方程，PV/T=C（常数），那么敷设管路的长短，粗细都会影响到传送至气动夹爪内气缸的压力，再加上系统气源会时常不稳，在设计气动系统时需要专业设计人员进行设备选型和参数计算，一般设计时间需要四小时。
安装费：每个气动夹爪，都至少需要2根气管（一进一出），如果对性能要求比较高的话，还需要2路磁性开关，去反馈抓取结果。试想一下，如果一个工作站需要10个夹爪，则至少需要40根电气管路，给施工敷设，故障定位都会造成了不小的负担。
调试费：安装完成后还需要与PLC或者机器人等进行控制调试。
