浅析机器人在电子制造领域的应用

李丹

哈尔滨思哲瑞智能医疗设备有限公司 黑龙江 哈尔滨 150000

电子制造是电子信息产业中重要的组成部分，其生产效率与质量很大程度上决定了电子产业的发展方向。近年来，特别是在芯片制造领域，光刻机等精密设备成为我国“卡脖子”的技术之一，其重要性不言而喻。同时，我国制造业还在智能升级与转型中面临着实现降低成本、提高产能、获取更高更快的投资回报率等问题。而机器人作为智能生产线中重要的一部分，随着机器人技术的发展，也因其稳定、高效、适应性强等特点，受到了更多的关注，在电子制造生产线上发挥了越来越多的作用。

在电子制造行业，电子元件一般包括电阻器、电容器、电感器、接插件和开关等无源元件以及晶体管、集成电路等有源元件[1]。其制造流程也因产品种类的不同而有较大区别，但总体来说，在于机器人相关的步骤中，一般包括元件的搬运、焊接、装配、测试等功能。

在搬运的应用中，应用最多的机器人为SCARA构型与DELTA构型的机器人，如图1所示。其中，SCARA构型为串联构型，1978年由日本山梨大学的牧野洋发明，它一般包括四个自由度，分别为在同一平面内的三个转动与末端垂直于该平面的直线移动。DELTA构型为并联构型，一般为三自由度或六自由度。两种机器人相比于其他机器人的特点都包括快速的末端移动速度，因此被广泛应用在电子制造领域中。而相比之下，SCARA构型的移动范围更大，而一般来说DELTA构型的速度更快，精度更高，但其工作范围较小[2]。也因此应用在不同的场合。同时，在大范围的搬运中，一般主要采用AGV移动机器人，其特点是灵活度高，工作范围大，并且具有导航的功能。总之，在提升效率方面，搬运机器人作为产线中非常重要的一环，发挥着不可替代的作用。

图1 SCARA构型与DELTA构型

传统的机器人最早便是应用在焊接领域，中国的第一台焊接机器人由哈尔滨工业大学蔡鹤皋院士于20世纪80年代研发成功，历经几十年的发展，焊接机器人的应用越来越成熟、稳定。而在电子制造领域发展较晚，以锡焊机器人为代表，首台国产锡焊机器人于2006年研制成功。锡焊机器人目前的研究重点是针对不同类型的加工对象，设计对应的工装夹具，同时，在工艺上主要包括对焊点划分规划以及送丝、出丝和擦锡动作的规划控制研究[3]。此外，对焊锡加热部分的设计与控制也是一部分研究重点。总之，机器人在该方向的应用相对较少，具有较大的发展和研究潜力。

机器人在电子制造的装配领域应用较多，从技术上，主要包括标定技术、视觉检测技术、柔顺控制技术、系统集成技术等[4]。标定技术包括末端执行器的标定、视觉系统与机器人的手眼关系标定等，一般方法为采集满足数学约束关系的数据进行求解。视觉检测一般对待装配的目标进行提取，与标定结果结合，以获取相对准确的目标位姿进行装配。柔顺控制技术包括主动柔顺与被动柔顺。被动柔顺为末端的被动机械装置，一般具有弹性环节，可以快速适应不准确的装配位置，但其范围有限，且不包括反馈，因此应用具有一定的局限性。主动柔顺一般采用末端的力传感器作为反馈，采用如阻抗控制等柔顺的力控制算法进行带有策略的装配。近年来，面向该领域模仿学习的研究较多，其思想是学习人类在进行装配时的行为与决策，但由于其稳定性等因素限制，与稳定应用还有较大距离。

机器人检测技术包含视觉硬件系统和软件算法。硬件系统包括机器人、工业相机、光源、工业镜头等，在实际应用中有非常重要的作用，硬件系统的效果很大程度上决定软件算法的质量与稳定性。软件算法包括传统方法与基于统计机器学习的方法。传统方法包括各类滤波，边界、区域的提取算子、模板匹配方法以及拟合方法等[5]。基于机器学习的方法研究目前比较火热，以深度学习为代表的图像检测方法取得了很大的成功，但其局限性在于需要获取大量的样本。

除以上领域的应用外，协作机器人在近年来获得越来越多的关注，其特点在于灵活性和简单易用性，其思想在于将机器人作为工人的协作伙伴，与工人同时完成一些比较复杂、难度较高的任务。

总之，机器人目前在电子制造领域已经有了较多的应用，包括搬运、焊接、装配与检测，而随着机器人技术的发展，机器人智能程度的提高也势必会扩展其在该领域的应用范围。包括对各类任务更可靠、更高效的视觉检测分析，对定制化任务一体化流程的机器人制造系统等。相信机器人技术的发展能够缩短制造周期，降低制造成本，为我国制造业的转型起到重要作用。