自动化生产线有两种类型：一种是机械零件加工行业的自动化加工生产线;第二条是自动装配线，在装配后生产各种产品。

　　根据生产线结构的不同，自动生产线可分为自动生产线和自动生产线。

　　在计算机控制和调度下，自动生产线根据设计要求将原材料或零件加工成合格零件，将其组装成零件，并执行指定的设计和管理任务。它具有以下特点：

　　1.数控功能或计算机控制功能。自动化设备的运动部件由数字信号控制，上位机接收处理指令和处理代码，使自动化非标设备的处理设备能够自动处理。

　　2.可以集成。自动化处理设备符合通用标准，能够实现准确、及时的数据通信和交换，并协调生产设备、运输和存储系统以及控制系统。

　　3.可变性。自动化设备具有一定的可变性，可以适应新产品的生产，缩短生产准备时间。

　　4.生产效率高。加工设备不仅可变性高，而且生产效率高，可控性和集成性好，满足现代生产中自动化设备的需求。

　　工业机器人大体上分类为线性机器人(又叫直角坐标机器人)、多自由度机器人(又叫多关节机器人)、并联机器人(又叫deltaΔ机器人)和水平多关节机器人(又叫scara机器人)。由各种类型的关节机械手臂和自动化传输设备结合而成的自动化岛。不同功能的自动化岛链接而成自动化线，不同的自动化线结合组成自动化车间。

　　在这些自动化工业机器人和自动化单元之间，伺服电机始终处于将机构按照控制指令的要求准确、及时、稳妥地传送到位的关键作用，所以属于核心零部件。

　　永磁伺服电机的基本概念

　　伺服是根据控制电脑系统的指令能够不折不扣执行的意思，它不仅仅限于电动机、液压，包括气动在内，能完成该任务的所有元件均为伺服原件。

　　电动机是将电能转换成机械能的机电转换部件。伺服电机是能被应用于运动控制系统中的电动机，它的输出参数，如位置、速度、加速度或转矩都是可控的。

　　由于控制指标的不同，伺服电机可以有不同类型。按照电源类型的不同可分为交流伺服电机和直流伺服电机;按照运转方式又可分为直线型伺服电动机和旋转型伺服电动机。直线型电动机直接产生牛顿力，旋转型电动机输出旋转力矩。旋转型电动机驱动直线型负载需要通过丝杠等机械机构将旋转运动转换成直线运动。

　　旋转型交流伺服电机按照转子结构分为交流异步伺服电机和交流同步伺服电机。交流异步伺服电机转子为铝制或铜制鼠笼，鼠笼转速始终和同步旋转磁场有一定转速差。该类型的电机在矢量调速技术下可获得与直流电机一样完美的力矩控制特性，但是转子具有惯量大、恒功率特性好、调速范围宽的特点，适合于机床切削和印刷机械收放卷类等大范围的变惯量负载，缺点是启动力矩小，电磁响应速度不如永磁伺服电机，电磁时间常数值是永磁材料制成的永磁电机的10倍左右，又由于功率密度低，转子尺寸大，所以不适合高动态的伺服场合。

　　旋转型交流同步伺服电机的转子使用的是永磁材料，直接产生励磁磁场，不存在需要励磁电流建立电机磁场的过程，所以电磁响应快。并且，由于当前的稀土永磁材料能量密度高，使得该类电机功率密度高，为进一步设计成各种特性的伺服电机提供了可能。高动态响应可以设计成细长型的小转子惯量，也可以设计成粗短型的大转子惯量。稀土永磁材料的使用奠定了永磁电机作为伺服电机的首选可能。由于稀土永磁材料仍然是伺服电机各材料中最昂贵的部分。不同厂家使用的材料的差异，将产品品质分成了不同的层次。好的永磁材料可以是在150℃的工作温度以上不会退磁，差的永磁材料在电机工作温度不足120℃时可能就会出现退磁。永磁材料的直接决定着伺服电机的不同特性。

　　直线伺服电机直接输出牛顿力，无需通过机构转换，可以获得很高的加速度，近年来，技术进步很快，广泛应用于高性能机床进给轴，在工业机器人上仅限于部分用于线性机械手臂，不作为本文介绍的重点。本文重点讨论旋转型永磁伺服电机及其在工业机器人上的应用。

　　旋转型永磁电机的结构

　　图1 永磁伺服电机的结构图

　　图1所示的是典型的永磁伺服电机的结构图。为了全面描述，尽量通过一个图可以看清永磁伺服电机结构的全貌。事实上小功率永磁伺服电机在15kw以内，可以自然散热，无需设计冷却风机，电机小巧，无需通过安装地脚固定，安装吊环也是不必要的，引出线方式从接线盒改为航空插头更为简洁。这样电机外形就变成图2(a)所示的样子，如果电机很小，在1kw以内，引出线用的航空插头也是不必要的，直接引出一段电缆甩线，就变成了图2(b)所示的样子。

　　这里假设读者对于电机原理是理解的，仅从机器人电机的特点对永磁伺服电机的结构做区别性说明。

　　轴承：伺服电机的寿命和轴承密切相关，由于机器人对可靠性和耐用性的要求，轴承至少要确保30000小时的使用寿命。这样按照8小时工作制折算，至少机器人的使用寿命在10年以上，轴承的转速要确保6000rpm可以断续工作。

　　定子冲片和绕组：由于机器人电机需要高功率密度，为了体积小，铁耗发热小，冲片材料要在0.35mm以下的冷扎矽钢片。绕组要长期经受16K的变频载波脉冲冲击，为了防止被击穿，承受密集的dv/dt冲击，耐压要不低于2500V。

　　转子永磁材料：永磁材料是永磁伺服电机里最为昂贵的部分，稀土元素含量低的材料居里点低，材料稳定性差，如果使用钕铁硼永磁体，最好在UH42以上，并且，要注意镝等稀土元素的含量，为了保证高温抗退磁，钐钴永磁体也经常在中小伺服电机中广泛使用。总之，要确保伺服电机在正常的使用场合真正永不退磁。否则，机器人的长期稳定性能无法保障。

　　轴封：为了防止油污，杂物进入电机，又要保证运转，在电机轴端加轴封是常规设计。机器人常常在伺服电机的电机轴端铣一个小齿轮、电机和减速机直接相连，高温和油污都可能进入电机，因此，就需要多唇高温轴封，比如双唇氟橡胶轴封就比单唇丁晴橡胶轴封可靠，当然成本差异也很大。

　　抱闸：抱闸是机器人电机的基本选项。近乎95%以上的伺服电机需要抱闸，要确保时刻抱闸，尤其在紧急停车时可靠运行，抱闸需要有足够的安全系数，静扭矩大约在电机额定扭矩的1.5倍左右，重载型机器人电机抱闸的安全系数要达到2.0甚至2.5倍。有一点需要注意的是，机器人电机的抱闸是安全制动器，不是刹车制动器，控制上要确保在急停状态下通过制动电阻让伺服驱动器的刹车电路工作，电机转速接近0的时候抱闸动作。为了提高抱闸的响应速度，永磁抱闸优于电磁弹簧抱闸。

　　编码器：编码器安装于电机尾端，是属于电机速度和转子位置传感器。可以测量转子的位置用于伺服控制磁场定位和转子实际位置和速度给控制电脑，用于运动轨迹计算。机器人电机编码器一般精度不高，但需要多圈绝对位置可测量，保证断电之后，再次运行，断电前面的位置可以记忆。目前流行三种方式解决机器人电机编码器的问题。第一种方式是单圈采用格雷码光电或磁码盘，多圈采用机械齿轮。这样的好处是测量精度高，断电后约会通过编码器的机械位置记住电机的运行位置，上电后直接读取即可，但缺点是编码器太厚，在有限的安装空间下就显得过分长。第二种是单圈信心通过光电或磁编格雷码记忆，多圈通过电池供电电子记忆，这样就可以把编码器做得很短，对外方小于60mm的小伺服电机非常适合。缺点是电池的使用寿命比较短，长则2-3年，有的1年就要更换电池。第三种方式是精度要求不高的场合才使用的旋转变压器测量单圈位置，多圈信息通过在控制箱里的带电池电路板完成。

　　转子轴伸：由于频繁的正反转，电机承受一定的剪切力，轴的材料最好采用42CrMo调制。若果电机带键安装，无论如何要把键满装，这样才可以有效减小电机的的动平衡和跳动量。在高速运转下，伺服电机带键和光轴的空载运行跳动要相差9倍之多，不可小视。

　　永磁伺服电机主要传动参数

　　工作区：在电动机温升不超过允许温升的条件下，电动机能长期工作的区域称为连续工作区;在连续工作区之外，允许电动机短时运行的区域称为断续工作区。工作区用转矩和转速的二维平面坐标表示。

　　额定功率PN：在连续工作区内，电动机所能输出的最大功率。

　　额定转矩MN：在连续工作区内，电动机输出额定功率时的转矩。不同制造商对于额定转矩的定义差别很大。一般都要规定对应的散热条件。国外通行的做法是说明改指标是在多少面积和厚度的铝板法兰上安装，法兰温度保证在20℃或给定的温度之下测量所得。所以实际工作中往往由于安装在铸铁件，而且夏季高温超出该测试标准温度，这样使用时如果不留有余量，就会造成过热退磁。国标规定环境温度40度的标准条件对中国环境是比较合理的。严肃的厂商在按照标准测定的额定值之下会留取一定的设计余量作为公布的额定力矩，这样更为安全。

　　额定电流IN：额定扭矩对应的电流。

　　额定转速nN：电动机在连续工作区内，在额定转矩下允许工作的最高转速。

　　连续堵转转矩MO：在连续工作区内，电动机堵转时所能输出的最大转矩。一般转速低于100rpm视为堵转工作区间。

　　连续堵转电流I0：对应连续堵转转矩时的电流。

　　峰值扭矩Mmax：允许电机输出的最大力矩。不同厂商标称条件不同，且差异很大。有的标注成退磁电流对应的力矩，这样的标注实际是不可使用改峰值力矩的，机械设计人员要留有足够的余量，以防工作力矩过大而使电机退磁失效。如果按照工作制标注的最大力矩，那是在工程上具有参考价值的。按照S3-10%标注的峰值力矩是最具有工程的参考价值，可以理解为连续工作时间3s所允许的最大工作转矩，这在机器人上是足够的。多关节机器人的重复过载一般在2.0倍上下。

　　峰值电流Imax：峰值力矩对应的工作电流。

　　电气时间常数Te：电流对于所加电压的响应速度的特性常数，定义为电动机端子间加上固定的电压之后，电流成为最终电流的1-e-1(约63.2%)时所用的时间。伺服电机的电气时间常数一般是指定子绕组的电感与电阻的比值(te=L/R)，与伺服系统的电流阶跃响应时间有关，但未必相当。

　　机械时间常数Tm：伺服电机的机械时间常数根据定义：tm=R*J/Ke*Kt，即与绕组电阻、转子转动惯量、电机反电势系数、电机力矩系数有关。拖动电机的机械时间常数大约与空载从零速加速到平衡转速的63.2%所需的时间相当。在伺服系统中，该常数在数量上可能与系统的速度环阶跃响应时间相当。

　　反电动势常数Ke：电动机在单位转速下感应的空载反电势值。常规指每1000rpm对应的空载反电势，单位为V/Krpm。

　　扭矩常数Kt：单位电流对应的电机输出扭矩。电机的反电势系数Ke与力矩系数Kt之间的关系，一般Kt=9.55*Ke*1.732,其中Kt的单位是Nm/A，Ke的单位是V/rpm，Ke=Kt。Ke这里是线反电势。

　　如果电机资料里没有给出Kt和Ke参数，可以根据额定力矩和额定电流导出Kt，然后根据Kt=9.55*Ke*1.732间接导出线反电势系数Ke了，即：Ke=0.1047*Kt/1.732，单位V/rpm;或者：Ke=104.7*Kt/1.732，单位V/Krpm，或mV/rpm。

　　由于电源电压的限制，为了保证高响应，电机的反电势常熟就要设计的相对较低，保证高速下有足够的压差从而获得充足的电流。而大电流对电机增加了电机的发热负担。从而使得机器人电机的功率密度要较高，能实现小体积，大扭矩，低发热。

　　转子转动惯量J：电动机转子的转动惯量.机器人电机的转动惯量非常重要，直接关系到机器人工作的稳定性。因为机器人往往是多轴联动的。比如关节机器人的第二轴，需要很大的电机惯量来适应臂展打开和收缩起来的巨大负载惯量变化。

　　齿槽转矩：当带永磁体的电动机绕组开路时，电动机回转一周内，由于电枢铁心开槽，有趋于最小磁阻位置的倾向而产生的周期性转矩。

　　过载能力：在规定条件下，电动机能够在规定的时间内输出一定功率或转矩而不超过规定峰值电流的能力。通常把峰值电流与额定电流之比称为电流过载倍数，峰值转矩与额定转矩之比称为转矩过载倍数。通常机器人电机要保证3倍左右的扭矩过载。

　　最高转速nN：在间歇工作区内，电动机所能达到的最大转速。不同的电机厂对于最高转速的定义差别很大,机器人电机常常给出的是实际运行时可以重复工作的最高转速。在最高转速时，对应的最大力矩可以超过额定力矩的2倍，这样保证全速度范围的加速响应。

　　机器人对伺服电机的性能要求和选型介绍

　　直线型机械手臂机器人

　　直角坐标机器人顾名思义主要以直线移动，如图3所示。直角坐标机器人的产品参数主要以负载和行程为选型及设计基础，通常情况下为2k、5kg、10kg、15kg、25kg、35kg……200kg，行程通常情况下以定制为主，X轴可无限延长，Y轴有效行程在3m以内，Z轴双段倍数的有效行程在3.5以内。

　　在直角坐标机器人中速度一般情况下在5m/s以内，加速度在10G以内，重复定位精度通常在0.5以内，在长行程的直角坐标机器人中以精度及速度为基础，在短距离行程中以高加速度和精度为基础。

　　并联机器人

　　Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴来确定抓具中心的空间位置，实现对目标物体的搬运，定位等操作。

　　Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品的分拣、加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点，在市场上正被广泛应用。且由于其形似倒立的Δ符号得名。

　　Delta机器人的负重一般在2kg-3kg，速度可达10m/s，加速度可达150m/s2，每分钟可抓取300次以上，这就要求伺服电机的响应非常快。由于负载相对固定，电机的惯量越小越好，以便高加速下更好的响应和更小的自身损耗。

　　平面关节机器人

　　SCARA机器人又称水平多关节机器人。是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。一般有4个自由度，可在包括沿X、Y、Z方向的平移和绕Z轴的旋转。SCARA机器人的特点是负载小、速度快，因此其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业、食品行业等领域。

　　伺服电机的配置大体如表3所示。

　　多关节机械手

　　关节机器人，也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。拥有五个或六个旋转轴，类似于人类的手臂。应用领域有装货、卸货、喷漆、表面处理、测试、测量、弧焊、点焊、包装、装配、切屑机床、固定、特种装配操作、锻造、铸造等。

　　由图6看出，伺服电机带动的机构在工作过程成姿态不断变化，并且电机本身又是机构重量的一部分，所以电机惯量要有一定的抗扰动范围，以便容易在稳定区工作，这样就要求电机从第一轴，到第六轴都要工中大惯量电机，尤其第二轴在臂展完全打开和收回的两种姿态下惯量差异很大，电机最好用大惯量电机。

　　有关惯量比和稳定控制工作区的介绍是一个老话题，可以检索其它专业文章。工程上通常的关节机器人电机选型如表4所示，电机惯量会随着响应和工作性质不同有所不一样。

　　工业机器人专用伺服电机及选型

　　以工业机器人对伺服电机的需求为基础，以德、日等先进企业产品性能为目标，瞄准当前交流伺服电机主要朝着高功率密度、高响应、高精度、高速度、高效率、低温升的方向发展，登奇最新研发的GK9系列工业机器人专用伺服电机功率范围在0.1~37kW之间，额定转速最高可达6000rpm的7个框号20个以上规格、高功率体积比，通过电磁、结构方案设计，采用新材料，研究新工艺，优化电机齿槽效应、体积功率密度比、过载倍数、温升、效率等关键技术指标。同时，针对伺服电机定子线圈端部占比高、匝间间隙大、影响热量传递的问题，集定子真空绝缘浸漆和真空高导热树脂灌封技术为一体的直接导热绕组绝缘系统，定子导热能力大大提高，匝间绝缘及对地绝缘可靠性改善，增强了抗电晕及浪涌冲击能力，使伺服电机具备了在湿热、盐雾、霉菌环境下可靠运行的能力。采用无机壳铁心定子，省掉了机壳热套，降低了能耗;平面无止口装配及整体加工工艺，省掉了机壳、前端盖、后端盖的车削、钻孔、攻丝加工工序，提高了电机制造效率，降低了产品成本;一次装夹，不掉头完成伺服电机法兰端面、止口、前后轴承室整体加工，无分体加工装配的累积误差，有效地提高了伺服电机旋转精度，提升了伺服电机可靠性水平及使用寿命。

　　以登奇GK9系列为例，常用机器人电机伺服参数如表5所示。

　　(注：本文有关伺服电机的参数术语解释，参考了哈尔滨工业大学主编的《数控机床电气设备及系统伺服电动机性能试验规范》。直线型机械手臂机器人部分在宁波伟立机器人陈富乳先生的帮助下完成。并联机器人部分在佛山玖州自控技术有限公司刘嘉华先生的协助下完成。关节机器人部分在上海新时达严彩忠先生的协助下完成。在这里向上述各位业界同仁报以衷心的感谢。)

　　AGV智能搬运机器人的优点介绍:

　　1、自动化程度高：由计算机，电控设备，磁气感应SENSOR，激光反射板等控制。当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行：将辅料送至相应地点。

　　2、充电自动化：当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电(一般技术人员会事先设置好一个值)，在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。另外，AGV小车的电池寿命很长(2年以上)，并且每充电15分钟可工作4h左右。

　　3、美观：提高观赏度，从而提高企业的形象。

　　4、安全性：人为驾驶的车辆，其行驶路径无法确知。而AGV的导引路径却是很明确的，因此大大提高了安全性。

　　5、成本控制：AGV系统的资金投入是短期的，而员工的工资是长期的，还会随着通货膨胀而不断增加。

　　6、易维护：红外传感器和机械防撞可确保AGV免遭碰撞，降低故障率。

　　7、可预测性：AGV在行驶路径上遇到障碍物会自动停车，而人为驾驶的车辆因人的思想因素可能会判断有偏差。

　　8、降低产品损伤：可减少由于人工的不规范操作而造成的货物损坏。

　　9、改善物流管理：由于AGV系统内在的智能控制，能够让货物摆放更加有序，车间更加整洁。

　　10、较小的场地要求：AGV比传统的叉车需要的巷道宽度窄得多。同时，对于自由行驶的AGV而言，还能够从传送带和其他移动设备上准确地装卸货物。

　　11、灵活性：AGV系统允许较大限度地更改路径规划。

　　12、调度能力：由于AGV系统的可靠性，使得AGV系统具有很大优化的调度能力。

　　13、工艺流程：AGV系统应该也必须是工艺流程中的一部分，它是把众多工艺连接在一起的纽带。

　　14、长距离运输：AGV系统能够有效地进行点对点运输，尤其适用于长距离运输(大于60米)。

　　15、特殊工作环境：专用系统可在人员不便进入的环境下工作。

　　市面上的AGV搬运机器人主要还集中应用在制造业物料搬运上，AGV在制造业应用中以其高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。AGV作为基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用较广泛的领域。

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更多自动化亮点

传感器是一种设备，可以识别电气或物理或其他数量的进度，并以确认产量进度的方式交付收益。简而言之，工业自动化传感器是输入设备，可提供有关特定物理量（输入）的输出（信号）。

传感器在预测和预防众多潜在过程中也起着举足轻重的作用，从而满足了许多工业传感应用的需求。

以下是自动化中使用的各种传感器：

1、压力传感器

压力传感器是一种可感知压力并将其转换为电信号的仪器，其数量取决于所施加的压力。

工业自动化中使用的主要压力传感器包括压力传感器和真空传感器。

压力传感器：压力传感器广泛用于工业和液压系统，这些高压工业自动化传感器也用于气候控制系统。

真空传感器：当真空压力低于大气压时，会使用真空传感器，并且很难通过机械方法进行检测。这些传感器通常取决于电阻与温度相关的加热丝。当真空压力增加时，对流下降，导线温度上升。电阻成比例增加，并在压力附近进行校准，以便对真空进行有效测量。

压力传感器的应用：用于在给定位置测量低于大气压的压力；用于气象仪器，飞机，车辆和其他已实现压力功能的机械；用于系统中以测量其他变量，例如流体/气体流量，速度，水位和高度。

2、温度传感器

温度传感器是一种从资源中收集有关温度的信息并将其更改为其他设备可以理解的形式的设备。它是传感器的常用类别，可以检测温度或热量，并且可以测量介质的温度。

自动化中使用的主要温度传感器包括数字温度传感器和温湿度传感器。

数字温度传感器：数字温度传感器是基于硅的温度感应IC，可通过数字表示所测量的温度来提供准确的输出。与涉及外部信号调理和模数转换器(ADC)的方法相比，这简化了控制系统的设计。

温湿度传感器：温湿度传感器将温度传感器和湿度传感器组合，再归因于测量的数字信号输出。通过利用该技术和温度以及有限的数字信号采集湿度感测技术，可确保高度一致性和出色的长期稳定性。

温度传感器的应用：连续测量空气，土壤或水中的温度；用于复杂工业应用中的测量；用于在恶劣的工作条件下进行测量。

3、MEMS传感器(微机电系统)

MEMS工业自动化传感器将测量的机械信号转换为电信号。

工业自动化中使用的重要传感器是加速度和运动MEMS.

加速度传感器：微机电系统(MEMS）加速度传感器是主要的惯性传感器之一。并且具有动态传感器能力，具有更大范围的传感能力。

运动传感器：微机电系统(MEMS）运动传感器使用在运动交互平台上设计的数据处理算法，该平台将众多低成本MEMS运动传感器与ZigBee无线技术集成在一起，可在与机器一起工作时进行个性化交互。传感器信号处理系统主要解决噪声消除，信号平滑，重力影响分区，坐标系变更和位置信息恢复等问题，广泛用于汽车工业的ABS技术。

MEMS传感器的应用：

MEMS传感器应用范围广泛，从工业，娱乐，体育到教育。例如，触发安全气囊展开或监视核反应堆。以及用于测量静态加速度（重力），物体倾斜，飞机中的动态加速度，对汽车中物体的震动，还有手机，洗衣机或电脑的振动。还有用于检测运动等等。

4、扭矩传感器

扭矩传感器具有基本的机械挡块，可提高过载能力，并在安装和操作期间提供额外的保护。

工业自动化中使用的重要传感器包括旋转扭矩和扭矩传感器。

旋转扭矩传感器：旋转扭矩工业自动化传感器用于测量旋转扭矩的反作用力。这些扭矩计配有基本的机械挡块，可增加剩余容量，并在安装和操作期间提供额外的安全性。

扭矩传感器：扭矩传感器利用卓越的应变计技术，满足了传感器静态和动态应用中最具挑战性的需求。

扭矩传感器的应用：

用于测量旋转速度和维护必要性；用于测量质量和质量惯性矩；从准静态过程的角度来看要计算的扭矩量；用于测量最高旋转速度，振荡扭矩。

5、磁性开关

磁性开关是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。

顾名思义，磁性开关是通过电磁感应来检测目标物，所以，其检测精度相当低。

气缸用磁性开关，可用于设备提速，气缸运动完成，磁性开关感应到，马上进行下一步工作。一个气缸一般配备两个磁性开关，当然也有配一个磁性开关的情况，比如气缸的一个动作推一个物件而夹紧物件，对于这一气缸来讲，推出的是否到位置是重要的，推出的地方要有一个磁性开关，但是如果对于气缸退回时是否退到位不是很在意，只要气缸不是在推出的位置即可，则气缸只需要配备一个磁性开关。

另外一个需要特别关注的地方是气缸不一定就配置磁性开关来检测位置，如果气缸本体在比较狭窄的位置，设置磁性开关不易于调节，则需将感应点引出，由槽型开关来感应气缸的动作。

6、接近开关

接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以，它只能应测金属目标物，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。

接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。所谓埋入型就是指接近开关的感应头不检测其圆周方向的金属目标，只检测其前方的金属目标，即传感器感应头可以不露出金属安装支架；所谓非埋入型就是指接近开关感应头既检测其前方的金属目标也同时会检测其圆周方向的金属目标，即传感器感应头必须露出金属安装支架一段距离且圆周方向一定范围内不得有金属目标物以免引起错误判断。

接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。

7、光电传感器

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一种是使用反射板反射光朿的光电传感器。

其中后两种都是通过目标物遮光实现检测的，前一种是通过目标物反射光线来实现检测功能。所以，通常后两种检测距离更远、精度更高。由于光电传感器具有相当高的检测精度，所以，通常用于检测产品或者机械手等工件的精确位置以及步进、伺服系统的反馈装置中。

由于在自动化设计中使用最多的是U型光电，在此重点介绍。不同品牌的U型光皆有不同的安装形式在此不做具体讨论。如下图所示为某公司插件式U型光电，在选用这一种类的U型光电时需要特别注意的是尾部留出足够大的空间来供插件的插入，当然很多时候选用电器元件的时候，这一条均需注意。另外对于自制的短行程模组在设计时一定要考虑行程范围内是否够距离设置3个U型光电，如果距离不够可以在模组两侧均设计U型光电。

一般一条模组上面会配备3条U型光电，其中两个是模组两行程终点的极限位光电，中间的一条为模组找原点的U型光电，下面主要说明两种找原点的方式：

(1)光电开关感应到感应片，电机继续运动在电机旋转一周内找到程序设置的一个原点作为模组的原点，这种方式定位精度高，主要影响精度的因素丝杆，电机本身，联轴器等，主要受模组本身的一些参数影响，定位精度高，能达到0.01mm；

(2)光电开关感应到感应片之后，电机开始刹车制动直到整个系统停下作为模组的原点，此方式的精度会受到温度，光照条件，光电开关响应速度等影响，定位精度较低，一般在0.05-0.1mm左右。

8、光纤传感器

光纤传感器也是一种应用光电信号转换的检测元件。光纤传感器一般需要光纤放大器配合使用，价格上来说稍微贵一点，但是就性质上来说，比之前提到的光电和接近传感器有本质的区别，它可以进行质的测量，怎么说呢？也就是说他可以定量的进行检测，如可以测量距离多少毫米。

相比较于光电开关而言，光纤传感器通常能检测更小的目标物、检测距离更远、精度更高。所以，光纤传感器通常应用于更为精准的检测场合和步进、伺服系统的定位反馈装置中。

光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。

光纤传感器设计时要考虑光纤头的防撞问题，一般设计保护光纤头的支架。另外不管是对射光电还是对射光纤受周围环境影响相对于普通反射光纤而言要小，在设计时需要重点考虑。

9、位移传感器

顾名思义，即是检测目标物位置变化的传感器。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

10、光栅

光栅也是一种利用光电信号的传感器。光栅检测区域大，所以通常也称区域传感器。光栅通常最主要的应用领域是设备之间的互锁和安全作用，特別是应用于对人的保护上比较多，常用于冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备等。

11、激光检测仪

激光检测仪最主要的功能是精确地测量目标物的外形尺寸。

12、工业照相机

工业照相机在工程上也通常称为CCD(Charge-coupledDevice)，它主要应用于检测目标物的外形和位置。随着目前CCD技术的提高，高分辨率的工业相机已经可以应用于精确测量领域。

13、编码器

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置府应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器通常与步进电机或者伺服电机配使用构成闭环或者半闭环的控制系统。

14、微动开关

微动开关是一种接触式传感器，目前主要应用于设备之间的连接或者设备的安全防护门状态的检测。

15、智能传感器

最后一种传感器也可能是未来自动化工业中最重要的一种——智能传感器。

新一代高级智能传感器将成为工业自动化的心脏。“智能工厂”是指在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务，清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、及时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。

对某些产品质量指标（例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等）进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好的解决上述问题。

目前，工业生产的确在大规模向自动化方向转变，但随着物联网及云平台应用的不断投放商用化，工业领域的自动化发展有向更高层次升级的趋势，即智能化生产。

传感器是一种设备，可以识别电气或物理或其他数量的进度，并以确认产量进度的方式交付收益。简而言之，工业自动化传感器是输入设备，可提供有关特定物理量（输入）的输出（信号）。

传感器在预测和预防众多潜在过程中也起着举足轻重的作用，从而满足了许多工业传感应用的需求。

是自动化中使用的各种传感器：

1、压力传感器

压力传感器是一种可感知压力并将其转换为电信号的仪器，其数量取决于所施加的压力。

工业自动化中使用的主要压力传感器包括压力传感器和真空传感器。

压力传感器：压力传感器广泛用于工业和液压系统，这些高压工业自动化传感器也用于气候控制系统。

真空传感器：当真空压力低于大气压时，会使用真空传感器，并且很难通过机械方法进行检测。这些传感器通常取决于电阻与温度相关的加热丝。当真空压力增加时，对流下降，导线温度上升。电阻成比例增加，并在压力附近进行校准，以便对真空进行有效测量。

压力传感器的应用：用于在给定位置测量低于大气压的压力；用于气象仪器，飞机，车辆和其他已实现压力功能的机械；用于系统中以测量其他变量，例如流体/气体流量，速度，水位和高度。

2、温度传感器

温度传感器是一种从资源中收集有关温度的信息并将其更改为其他设备可以理解的形式的设备。它是传感器的常用类别，可以检测温度或热量，并且可以测量介质的温度。

自动化中使用的主要温度传感器包括数字温度传感器和温湿度传感器。

数字温度传感器：数字温度传感器是基于硅的温度感应IC，可通过数字表示所测量的温度来提供准确的输出。与涉及外部信号调理和模数转换器（ADC）的方法相比，这简化了控制系统的设计。

温湿度传感器：温湿度传感器将温度传感器和湿度传感器组合，再归因于测量的数字信号输出。通过利用该技术和温度以及有限的数字信号采集湿度感测技术，可确保高度一致性和出色的长期稳定性。

温度传感器的应用：连续测量空气，土壤或水中的温度；用于复杂工业应用中的测量；用于在恶劣的工作条件下进行测量。

3、MEMS传感器（微机电系统）

MEMS工业自动化传感器将测量的机械信号转换为电信号。

工业自动化中使用的重要传感器是加速度和运动MEMS.

加速度传感器：微机电系统（MEMS）加速度传感器是主要的惯性传感器之一。并且具有动态传感器能力，具有更大范围的传感能力。

运动传感器：微机电系统（MEMS）运动传感器使用在运动交互平台上设计的数据处理算法，该平台将众多低成本MEMS运动传感器与ZigBee无线技术集成在一起，可在与机器一起工作时进行个性化交互。传感器信号处理系统主要解决噪声消除，信号平滑，重力影响分区，坐标系变更和位置信息恢复等问题，广泛用于汽车工业的ABS技术。

MEMS传感器的应用：

MEMS传感器应用范围广泛，从工业，娱乐，体育到教育。例如，触发安全气囊展开或监视核反应堆。以及用于测量静态加速度（重力），物体倾斜，飞机中的动态加速度，对汽车中物体的震动，还有手机，洗衣机或电脑的振动。还有用于检测运动等等。

4、扭矩传感器

扭矩传感器具有基本的机械挡块，可提高过载能力，并在安装和操作期间提供额外的保护。

工业自动化中使用的重要传感器包括旋转扭矩和扭矩传感器。

旋转扭矩传感器：旋转扭矩工业自动化传感器用于测量旋转扭矩的反作用力。这些扭矩计配有基本的机械挡块，可增加剩余容量，并在安装和操作期间提供额外的安全性。

扭矩传感器：扭矩传感器利用卓越的应变计技术，满足了传感器静态和动态应用中最具挑战性的需求。

扭矩传感器的应用：

用于测量旋转速度和维护必要性；用于测量质量和质量惯性矩；从准静态过程的角度来看要计算的扭矩量；用于测量最高旋转速度，振荡扭矩。

5、磁性开关

磁性开关是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。

顾名思义，磁性开关是通过电磁感应来检测目标物，所以，其检测精度相当低。

气缸用磁性开关，可用于设备提速，气缸运动完成，磁性开关感应到，马上进行下一步工作。一个气缸一般配备两个磁性开关，当然也有配一个磁性开关的情况，比如气缸的一个动作推一个物件而夹紧物件，对于这一气缸来讲，推出的是否到位置是重要的，推出的地方要有一个磁性开关，但是如果对于气缸退回时是否退到位不是很在意，只要气缸不是在推出的位置即可，则气缸只需要配备一个磁性开关。

另外一个需要特别关注的地方是气缸不一定就配置磁性开关来检测位置，如果气缸本体在比较狭窄的位置，设置磁性开关不易于调节，则需将感应点引出，由槽型开关来感应气缸的动作。

6、接近开关

接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以，它只能应测金属目标物，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。

接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。所谓埋入型就是指接近开关的感应头不检测其圆周方向的金属目标，只检测其前方的金属目标，即传感器感应头可以不露出金属安装支架；所谓非埋入型就是指接近开关感应头既检测其前方的金属目标也同时会检测其圆周方向的金属目标，即传感器感应头必须露出金属安装支架一段距离且圆周方向一定范围内不得有金属目标物以免引起错误判断。

接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。

7、光电传感器

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一种是使用反射板反射光朿的光电传感器。

其中后两种都是通过目标物遮光实现检测的，前一种是通过目标物反射光线来实现检测功能。所以，通常后两种检测距离更远、精度更高。由于光电传感器具有相当高的检测精度，所以，通常用于检测产品或者机械手等工件的精确位置以及步进、伺服系统的反馈装置中。

由于在自动化设计中使用最多的是U型光电，在此重点介绍。不同品牌的U型光皆有不同的安装形式在此不做具体讨论。如下图所示为某公司插件式U型光电，在选用这一种类的U型光电时需要特别注意的是尾部留出足够大的空间来供插件的插入，当然很多时候选用电器元件的时候，这一条均需注意。另外对于自制的短行程模组在设计时一定要考虑行程范围内是否够距离设置3个U型光电，如果距离不够可以在模组两侧均设计U型光电。

一般一条模组上面会配备3条U型光电，其中两个是模组两行程终点的极限位光电，中间的一条为模组找原点的U型光电，下面主要说明两种找原点的方式：

（1）光电开关感应到感应片，电机继续运动在电机旋转一周内找到程序设置的一个原点作为模组的原点，这种方式定位精度高，主要影响精度的因素丝杆，电机本身，联轴器等，主要受模组本身的一些参数影响，定位精度高，能达到0.01mm；

（2）光电开关感应到感应片之后，电机开始刹车制动直到整个系统停下作为模组的原点，此方式的精度会受到温度，光照条件，光电开关响应速度等影响，定位精度较低，一般在0.05-0.1mm左右。

8、光纤传感器

光纤传感器也是一种应用光电信号转换的检测元件。光纤传感器一般需要光纤放大器配合使用，价格上来说稍微贵一点，但是就性质上来说，比之前提到的光电和接近传感器有本质的区别，它可以进行质的测量，怎么说呢？也就是说他可以定量的进行检测，如可以测量距离多少毫米。

相比较于光电开关而言，光纤传感器通常能检测更小的目标物、检测距离更远、精度更高。所以，光纤传感器通常应用于更为精准的检测场合和步进、伺服系统的定位反馈装置中。

光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。

光纤传感器设计时要考虑光纤头的防撞问题，一般设计保护光纤头的支架。另外不管是对射光电还是对射光纤受周围环境影响相对于普通反射光纤而言要小，在设计时需要重点考虑。

9、位移传感器

顾名思义，即是检测目标物位置变化的传感器。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

10、光栅

光栅也是一种利用光电信号的传感器。光栅检测区域大，所以通常也称区域传感器。光栅通常最主要的应用领域是设备之间的互锁和安全作用，特別是应用于对人的保护上比较多，常用于冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备等。

11、激光检测仪

激光检测仪最主要的功能是精确地测量目标物的外形尺寸。

12、工业照相机

工业照相机在工程上也通常称为CCD（Charge-coupledDevice），它主要应用于检测目标物的外形和位置。随着目前CCD技术的提高，高分辨率的工业相机已经可以应用于精确测量领域。

13、编码器

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置复应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器通常与步进电机或者伺服电机配使用构成闭环或者半闭环的控制系统。

14、微动开关

微动开关是一种接触式传感器，目前主要应用于设备之间的连接或者设备的安全防护门状态的检测。

15、智能传感器

最后一种传感器也可能是未来自动化工业中最重要的一种——智能传感器。

新一代高级智能传感器将成为工业自动化的心脏。“智能工厂”是指在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务，清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、及时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。

对某些产品质量指标（例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等）进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好地解决上述问题。

目前，工业生产的确在大规模向自动化方向转变，但随着物联网及云平台应用的不断投放商用化，工业领域的自动化发展有向更高层次升级的趋势，即智能化生产。

传感器级别也被称为处理层。它使用传感器和执行器连续或周期性地获取过程变量的值。这些作为工业过程的眼睛和手臂。其中一些仪器包括气动仪器，智能仪器等。

自动化控制层或控制层使用PC / PLC / DCS等工业控制设备。该层使用各种嵌入式处理器，PID算法来控制过程。

监督级别或SCADA层获取大量信道信息并将数据存储在系统数据库中。它从各种控制设备获取数据并将其显示在HMI（人机界面）上。它也发出警报来指示过程和控制变量的水平。它使用特殊的软件来获取数据和通信协议，以便与现场设备进行交互。

企业级执行计划，订单和销售，产品计划等任务。

工业自动化的类型

根据制造工艺的灵活性和集成度，自动化系统分为四种基本类型。这些在下面描述。

1、固定自动化

在这个要执行的操作序列中，通过设备配置来固定。它用于大批量生产和专用设备。这个自动化系统的例子是自动装配线，蒸馏过程，机器传送线。

2、可编程自动化

在此，可以通过改变程序来改变操作顺序。操作顺序根据不同的产品配置而变化。新产品的可编程设备也可以输入新的程序。这种类型的系统用于批量生产，钢铁轧机，工业机器人等。

3、灵活的自动化

这是可编程自动化的延伸。这为处理产品设计差异提供了更大的灵活性。如果想改变过程的顺序，操作员可以以计算机程序中的代码的形式发出命令。较低级别的设备在不损失生产时间的情况下接收现场操作指示。这种类型的自动化被用于制造多功能数控机床，自动引导车辆等。

4、综合自动化

在这种类型中，整个系统在计算机控制下是全自动的。从设计过程到调度，整个系统是完全自动化的。即使这些设备是由机器人处理的。该系统用于计算机集成制造系统。

工业自动化设备

传感器和执行器

传感器感测各种过程变量并将其转换成电信号或光信号。这些传感器包括温度，压力，速度，流量等执行器将电信号转换为机械手段以获得对过程的控制。这些包括继电器，磁铁，伺服电机等一些传感器和执行器具有与智能设备下的工业现场通信总线进行通信的能力。

工业电脑

可编程逻辑控制器（PLC）也被称为工业计算机，能够被编程来执行某些控制功能。它由CPU或处理器，I / O模块（包括模拟和数字）组成，用于连接各种输入/输出设备和继电器模块。这些模块可以是固定式或集成式的模块，以基于可用输入扩展模块

与PLC一样，传统的PC用于通过在线或改变程序来控制过程。PLC带有专用软件来编制控制策略。

HMI（人机界面）

人机界面提供了在计算机屏幕和其他显示器上显示信息，将结果记录在数据库中，发出警报信号等的功能。它使用SCADA（监控和数据采集）和其他基于视觉的技术等技术。

通讯系统

在行业中，许多传感器，执行器，控制PC和其他控制装置在地理上分布并且通过多条数据总线相互作用。工业自动化中使用的总线有三种类型，即工厂总线，过程总线和现场总线。

9月28日下午，“维科杯·同心智造网 2021中国工业自动化与数字化行业年度评选”获奖名单正式出炉。“维科杯·同心智造网 2021中国工业自动化与数字化行业年度评选”活动旨在为工业自动化和数字化行业的产品、技术和企业搭建品牌传播展示平台，并借助同心智造网平台资源及影响力，向行业用户和市场推介创新产品与方案，鼓励更多企业投入技术创新；同时为行业输送更多创新产品、前沿技术，一同畅想工业自动化及数字化行业的未来。

其中，名傲移动机器人（上海）有限公司凭借MiR250自主移动机器人 AMR荣获“维科杯·同心智造网2021中国工业自动化及数字化行业年度优秀产品奖”。

获奖产品介绍：

MiR自主移动机器人自2013年成立起，就致力于为全球汽车、电子产品、第三方物流（3PLs）、医院等领域提供最为先进的自主移动机器人解决方案，全面优化内部物流的效率和生产力。我们始终将产品创新及技术开发视为长远发展的核心驱动力。无论在全球还是在中国市场，MiR坚持不懈地引领行业发展趋势，洞悉应用需求变化，并根据客户反馈提供定制化的解决方案。我们始终相信只有着眼于需求开发出的产品，才是足以打动行业，赋能市场的优秀产品。作为自主移动机器人行业领导者，MiR也呼吁更多企业投入技术创新，共同为行业输送更多创新产品、前沿技术，缔造机器人行业的未来。

MiR AMR的部署能在较短时间内为客户实现投资回报，其TCO优势主要包括三个方面：

简单易用、快速部署：MiR AMR易用性强，整体维护不需要聘请专业的工程师，普通操作工人经过简单培训，便能直接操作机器人，部署需时极短；

电池寿命与续航力强大：以MiR250 AMR为例，其电池寿命长达3－5年，续航能力达13小时，电池更换能够在2分钟内完成，因而能够支持24小时不间断运作；

人机协作安全无忧： 所有MiR AMR都配备了双激光扫描仪，具备360度视场能够实时监测及导航，规避障碍物和人员，因而避免了潜在人员和物件损伤而产生的不可控成本。

获奖理由：

MiR250自主移动机器人拥有安全、灵活、扩展性强、简单易用的优点，普通操作工也能轻易上手，其电池寿命长达3－5年，续航能力达13小时，支持24小时不间断运作，配备双激光扫描仪，具备360度视场能够实时监测及导航，规避障碍物和人员。

企业介绍：

名傲移动机器人（Mobile Industrial Robots，简称MiR）是自主及协作移动机器人（Autonomous Mobile Robots，简称AMR）制造商。迄今为止，已有数千台 MiR移动 机器人应用于全球行业，帮助电子、汽车、生命科学、快消品、第三方物流等行业实现内部运输自动化。

MiR成立于 2013 年。自成立以来，MiR坚持每年推出一款新机器人，竭力满足客户需求。现有AMR的有效负载从100公斤到1000公斤不等，可优化从运送小零件到自动搬运重物和托盘的所有工作流程。MiR自主移动机器人安全，灵活，扩展性强，能有效提高内部物流工作效率，缩短交付周期，降低瓶颈风险。MiR AMR是开放式平台，易于开发并能轻松集成货架、传送带和机械臂等定制解决方案。

更多资讯及回看请参阅大会专题：http：／／mp．ofweek．com／m034542010905

随着下游制造业需求的逐步回暖以及新型应用场景的持续拓展，叠加疫情后海外需求转移，国内制造业景气度持续增强，工业机器人行业有望迎来高增长。2020年国内工业机器人实现产销分别为23.7万台和17万台，同比分别增长约27%和21%。由于疫情影响，工业机器人销量端滞后于生产端，但是行业长期增长确定性较强。

国内人口红利的褪去，人力成本加速上涨，并且随着国内制造业的转型，国内的制造业正在逐步从过去的劳动密集型产业逐步发展成技术密集型产业，对工业自动化的需求正在加速增长。国内机器人企业正在经历最好的时代，行业高增长和国产替代空间大，规模效应有望形成对国产品牌的正反馈，加速形成工业机器人的全球巨头。

（图片来源：同心智造网同心智造网）

另辟蹊径打开成长空间

“四大家族”的优势“赛道”包括整车等较早实现在自动化生产的领域，国内企业另辟蹊径换道超车。

过去十年，国内非汽车领域的工业机器人应用占比提升超过40%，国内工业机器人企业以海外竞争对手的非重点领域为基础，通过并购和内生增强优势，逐步开始直面竞争，并且随着国内制造业的升级，国产工业机器人的应用场景仍在拓展中。

国产工业机器人可提升的市场份额仍然较大，立足优势赛道，拓展新的场景。国产品牌的主要优势包括：1）本土化优势：国内工业机器人企业售后服务的响应速度和成本具有明显优势；2）价格端优势：相比海外竞争对手，国产工业机器人价格优势明显；3）供应链安全优势：使用国产机器人本体将提升下游制造业供应链的安全自主可控。

国产替代渗透率持续提升

2011-2020年，国内工业机器人销量复合增速达25.1%；其中国产工业机器人销量由约800台增加至约5万台，高于国内整体销量增速约33个百分点；同期国产工业机器人市场渗透率上升约26个百分点。过去五年国内龙头工业机器人出货量增加约6倍，增速明显优于行业，渗透率可提升空间仍然较大。

国内工业机器人品牌国内渗透率持续提升。国内龙头通过前期的并购整合，在部分细分领域已经建立优势，性能赶超海外竞争对手；受益于国内制造业升级，工业自动化需求显著增加，国内龙头扩产节奏匹配度较高，迅速提升份额；售后服务响应速度优势明显，维护成本相对较低；国产品牌对下游制造业的安全自主可控能力较高。

从核心零部件到机器人本体的优势也逐步确立。核心零部件自制可以降低本体制造的成本；通过逐步提升零部件自制率，可以增加供应链体系的安全可控；核心零部件是决定本体性能和产品标准的重要部分，形成较强进入壁垒；增加客户粘性，提升后市场服务质量。

系统集成发展到本体和核心零部件的发展也展现出对下游客户需求的认知更为充分，产品设计研发更贴合需求端；产品售后更为直接，服务效率更高的优势。

最近我们关注到了一家深圳的工业自动化企业——汇川技术。这家公司的主要产品是控制电机速度的变频器和工业机器人必备的伺服系统，市场占有率都是内资品牌的NO 1。

汇川技术昨天发布投资者关系活动记录，在股东大会的窗口期，有114家机构都在调研这家公司。高端制造的风口之上，汇川技术的这次调研海内外大鳄云集，如我们比较熟悉的高瓴、弘毅。

值得注意的是，高瓴去年三季度开始买入上海机电，已经买成了第三大股东，说明高瓴对机电行业是有研究的。而且，高瓴去年以来对汇川技术的调研，好像也不是一次两次了。

汇川技术有什么独门绝技，才能让上百家机构踏破门？高瓴资本密集调研，未来会不会下重手买入呢？

从高瓴的动作看，买入上海机电可能有低估的因素，毕竟PE不到15，但汇川技术的PE是接近65倍。

当然，这样简单的类比是不科学的——上海机电就是一家简单的电梯公司，虽然“上海三菱”的品牌很硬，但电梯业务本身的毛利不到20％，电梯之外的业务占比也只有3％，过去几年，上海机电都处在营收低增长，利润连续下滑、零增长的状况之中。这样的公司，好在这家公司的龙头地位非常稳固，同时估值又比同行更低，而高瓴又非常热衷做资源整合。

汇川技术在机电领域，在电梯相关业务上与上海机电有所重合，但远比上海机电更为强势。毕竟被业内叫做小华为，业务面对的也是工业自动化、高端制造的星辰大海。

2020年，汇川技术的收入中，变频器＋伺服系统的占比接近50％，两类产品的毛利率都在47％以上，市场占有率都是内资第一。其中，变频器属于工业控制中的基础产品，应用场景都是比较传统的行业，在有限的需求下，未来能讲的故事就是技术精进，打赢国产替代。

19年汇川收购做电梯部件的贝斯特，说明在中低端属性的业务上，这家公司已经在做横向的的一体化整合来拓展能力圈和客户圈——除了应用广泛的变频器，汇川本身也有电梯一体化控制系统，而贝思特主要为人机界面交互系统、电线电缆系统以及门机系统。

相比之下，伺服系统就属于高端产品了，下游面向工业机器人、机床、电子设备制造、锂电池等等高端制造行业。汇川在这方面比较先进的产品是19年推出的SV660系列伺服系统，目前已为宁德时代、比亚迪、隆基股份、大族激光等龙头企业提供一体化解决方案。

在国家指定的七大战略性新兴产业中，高端装备制造业和新能源汽车都在汇川技术的射程内，其他产业也多需要相关支撑。只不过，除了伺服电机业务相对成熟外，汇川有想象空间的业务多数仍处在尚待建立技术壁垒的耕种期。

汇川技术被高瓴密集调研，可以说一点都不意外，要知道高瓴资本对制造业龙头有非常广泛的押注，对新能源这种新兴产业的制造业龙头更是青睐有加——像上海机电这样的传统行业，高瓴可能会更重视是否低估，但是对于比亚迪、隆基这些有行业前景加持、又有龙头地位的企业，高瓴已经不那么重视估值了。

但汇川技术又是比较特殊的，用传统的眼光看，机电行业并不是什么高大上的行业，突破技术壁垒需要持续的投入，而汇川最强势的业务，目前也还面临外资的压制。关键还在于，汇川又不是那么专注，多元化特色比较鲜明，传统业务与新兴业务杂糅在一起，再加上目前估值并不低，且工控行业的周期与宏观经济周期紧密相关，只能说，高瓴可能在等待扣动扳机的时机，同时在下注之前，也希望对汇川有更深入的理解？