机器人基础知识培训.docx

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机器人基础知识培训

机器人基础知识培训

机器人培训讲解：

黄富立芜湖固高自动化科技有限公司

机器人的基础知识

机器人定义

机器人的发展历程及趋势?

20世纪60年代，世界上第一台工业机器人在美国诞生，开创了工业化的新纪元。

机器人技术的发展标志着一个国家的高科技水平和工业化自动程度。

因此，日本欧美等国家政府纷纷耗资去实施与机器人相关的战略计划，许多著名的大学和公司都成立了机器人研究机构。

如今，机器人技术得到了飞速的发展，在军事、社会生产、医疗、服务等领域得到广泛运用。

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1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。

该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。

这就是所谓的示教再现机器人。

现有的机器人差不多都采用这种控制方式。

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作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。

这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。

1965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。

1967年日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。

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1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。

1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。

1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45公斤。

到了1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为“机器人元年”。

随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。

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半个世纪以来，机器人主要经历了三个发展阶段：

第一代：

示教再现型机器人该种机器人没有装备任何传感器，对环境无感知能力，智能按照人类编写的固化程序工作。

世界上第一台机器人即属此类。

第二代：

感觉型机器人此种机器人拥有简单的传感器，可以感知外部参数变化，有部分适应外部环境的能力。

即可以根据外部环境的不同改变工作内容。

第三代：

智能机器人这种智能机器人可以认识周围环境和自身状态，并能进行分析和判断，然后采取相应的策略完成任务。

目前这种机器人大部分还是用于军事领域。

机器人发展的三大趋势1、软硬结合2、虚实结合3、人机融合

1.软硬融合机器人软件更重要，因为人工智能技术体现在软件上，数字化车间的轨迹规划、车间布局、自动化上料都需要软硬件相结合，只开发硬件还不够，还需要大量的软件开发人员。

因此，现在做智能制造，既要懂机械，又要懂信息技术，尤其是机器人的控制技术。

2.虚实结合机器人不是孤立的，通过大量仿真、虚拟现实，把虚拟现实与车间实际加工过程有机结合起来。

3.人机融合人、机器和机器人如何有机融合？

这值得业界深入思考。

机器人三大原则?

第一条：

机器人不得危害人类。

此外，不可因为疏忽危险的存在而使人类受害。

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第二条：

机器人必须服从人类的命令，但命令违反第一条内容时，则不在此限。

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第三条：

在不违反第一条和第二条的情况下，机器人必须保护自己。

机器人的分类A、工业机器人B、娱乐机器人C、家庭机器人D、竞赛机器人E、军用机器人

工业机器人?

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我国工业机器人这几年发展很快，随着人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，工业机器人正逐步走进公众的视野。

将工业机械手臂安装在工厂生产线，可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

随着近几年一直严峻的招工难问题，以及工厂老板一直头痛的劳资纠纷，安装工业机器人无疑是一个很好的解决方法。

娱乐机器人?

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故名思议，就是用机器人作为娱乐用途。

机器人的形态也多种多样，有人形机器人、仿生机器人（仿动物），还有各种各样可爱卡通造型的机器人。

让机器人达到娱乐效果，吸引观众眼球，外形设计是非常重要的，设计一款外形可爱/酷炫的机器人，能留住90%观众的眼球！

当然，机器人的功能也必须足够满足观众的要求，从功能上来区分，娱乐机器人可以归类为：

舞蹈机器人、迎宾机器人、运动机器人等。

家庭机器人家用机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭服务，维护、保养、修理、运输、清洗、监护等工作。

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现代生活节奏快，很多家长都忙于工作。

在家里搞卫生，教孩子做功课，为家里阳台上的花草淋水，这些本来家长们日常需要做的事情，都只能等到晚上下班回去再做，做完一天忙碌的工作，回家还要打理家常，做父母都不容易。

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竞赛机器人?

目前最大型的机器人竞赛是机器人世界杯。

机器人世界杯（RoboCup）是一个国际合作项目，为促进人工智能、机器人和相关领域。

它为人工智能机器人研究提供了广泛的技术标准问题，能够被综合和检验。

该机器人项目的最终目标是到2050年，开发完全自主仿人机器人队，能赢得对人类足球世界冠军队。

为了真正作为一个团队进行机器人足球比赛，必须包含各种技术，包括：

智能体自主设计、多智能体协作、策略获娶实时推理、机器人和传感器融合。

军用机器人?

顾名思义，就是军事用途机器人，主要用于侦察、运输、指挥、战斗、后勤保障等。

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军用机器人可分为3大类：

地面机器人、水下机器人、空间机器人。

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地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆。

通过远程监控，使机器人独立完成危险任务，如拆弹。

主要讲述工业机器人

工业机器人一、工业机器人的定义二、工业机器人的发展方向三、工业机器人的组成四、工业机器人的特点五、工业机器人的分类六、工业机器人的运动轴七、工业机器人坐标系的种类

一、定义?

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

二、发展方向?

要想跟上未来工业发展，工业机器人技术是先进制造技术的代表。

首要任务是提高工业机器人的智能化技术。

智能化技术可以提高机器人的工作能力和使用性能。

智能化技术的发展将推动着机器人技术的进步，未来智能化水平将标志着机器人的水平，虽然目前还有很多问题需要解决，但随着科学技术的进步，会逐渐改进发展。

未来的智能化方向不会改变，并且会将机器人产品拓展到更多行业，形成完备的系统。

现今我国人工利息不时上升的大环境下，工业机器人必将迅速发展，逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。

三、组成?

1、执行机构?

2、机械本体?

3、控制系统?

4、检测系统

组成部分关系图

1、执行机构

2、机械本体

3、控制系统

4、检测系统

四、特点?

1、通用性?

2、柔软性?

3、准确性?

4、自动性

五、工业机器人的分类?

1）按自动化功能层次分为专用机器人、通用机器人、示教再现机器人、智能机器人；2）按驱动方式分类可分为气压传动机器人、电气传动机器人、液压传动机器人以及复合传动机器人；?

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3）按联接方式分可分为串联机器人和并联机器人。

由于串联、并联机器人在结构及性能特点上的对偶关系，因此它们之间在应用上不是替代关系而是互补关系，它们各自都有其特殊的应用领域。

同时也可以将这两种结构有机地结合起来，以便充分发挥它们各自的优点，以此来扩大机器人的应用范围。

六、机器人运动轴?

通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴，基座轴和工装轴统称外部轴。

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A1、A2和A3三轴（轴1、轴2和轴3）称为基本轴或主轴，用以保证末端执行器达到工作空间的任意位置。

A4、A5和A6三轴（轴4、轴5和轴6）称为腕部轴或次轴，用以返回实现末端执行器的任意空间姿态。

七、机器人坐标系的种类?

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目前，大部分商用工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。

TCP为机器人系统控制点，出厂是默认位于最后一个运动轴或安装法兰的返回中心，安装工具后TCP点将发生改变。

1.工业机器人关节坐标系?

关节坐标系是设定在工业机器人关节中的坐标系。

关节坐标系中工业机器人的位置和姿态，以各关节底座侧的关节坐标系为基准而确定。

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J1:

0°J2:

0°J3:

0°J4:

0°J5:

0°J6:

0°

2.工业机器人直角坐标系?

直角坐标系中的工业机器人的位置和姿态，通过从空间上的直角坐标系原点到工具侧的直角坐标系原点（工具中心点）的坐标值x、y、z和空间上的直角坐标系的相对X轴、Y轴、Z轴周围的工具侧的直角坐标系的回转角w、p、r予以定义。

3.工业机器人世界坐标系?

世界坐标系是被固定在空间上的标准直角坐标系，其被固定在由工业机器人事先确定的位置。

用户坐标系是基于该坐标系而设定的。

它用于位置数据的示教和执行。

有关各工业机器人（R系列/M系列/ARCMate/LRMate）的世界坐标系原点位置的大致标准为：

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①顶吊安装工业机器人、M-710iC以外：

在J1轴上水平移动J2轴而交叉的位置。

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②顶吊安装工业机器人、M-710iC：

J1轴处于0位时，离开J4轴最近的J1轴上的点。

4.工业机器人工具坐标系?

这是用来定义工具中心点（TCP）的位置和工具姿态的坐标系。

工具坐标系必须事先进行设定。

在没有定义的时候，将由默认工具坐标系来替代该坐标系。

5.工业机器人用户坐标系?

这是用户对每个作业空间进行定义的直角坐标系。

它用于位置寄存器的示教和执行、位置补偿指令的执行等。

在没有定义的时候，将由世界坐标系来替代该坐标系。

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机器人在关节坐标系下的动作是单轴运动，而在直角坐标系下则是多轴联动。

除关节坐标系以外，其他坐标系均可实现控制点不变动作（只改变工具姿态而不改变TCP位置）在进行机器人TCP标定时经常用到。

工业机器人示教器?

示教盒是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的。

该名词适用于可编程机器人。

举例说明

移动机器人（AGV）?

移动机器人（AGV）是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）；同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

国际物流技术发展的新趋势之一，而移动机器人是其中的核心技术和设备，是用现代物流技术配合、支撑、改造、提升传统生产线，实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬运相结合，实现精细化、柔性化、信息化，缩短物流流程，降低物料损耗，减少占地面积，降低建设投资等的高新技术和装备。

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点焊机器人?

焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等焊接机器人。

特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。

点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。

国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。

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点焊机器人操作流程?

1.确保水电气齐全，并且保证安全门、光栅的报警解除2.在机器人手动状态下，将机器人光标移到报警栏，并按下全部确认，确认焊接使能是开的（示教盒屏幕左下角蓝色按钮不是打叉状态）。

3.在机器人示教盒上选择输入/输出界面，检查机器人的工作中、工作完成信号是否复位，若未复位，将其复位；然后将机器人示教盒上的状态选择开关打到自动挡，示教盒上的程序指针将指向CELL主程序{若示教盒上的程序指针没有指向CELL主程序，需将机器人示教盒上的状态选择开关打到手动挡，然后到R1文件夹中选择cell程序（按回车键选择），再将机器人示教盒上的状态选择开关打到自动挡}，机器人切换到自动运行状态。

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点焊机器人操作流程?

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4.按下主操作台的报警复位按钮，将手动/维修/自动选择开关拨到自动位置。

5.确认示教盒上的程序指针是否指向CELL主程序。

6.接通伺服电源：

按下操作盒上的伺服上电按钮，使变位机伺服电源同时接通，相应的绿色伺服电源灯亮，并保证报警复位的红灯熄灭，若没熄灭，则按几下此报警复位按钮；然后按下启动按钮（2s），相应的指示灯同时点亮，工作站便进入自动运行工作状态。

简单的问题处理?

1.若机器人因故停止，将机器人和操作盒都打到手动，然后按一两下操作盒上的报警复位，再将机器人光标移到报警栏，并按下全部确认，将报警复位掉，然后将示教盒打到自动，然后重复上述第6步。

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2.若电极头掉了，待其他机器人工作完成后，将示教盒和操作台都打到手动T1模式，若方便安装，则按好后重新启动机器人即可（按一两下操作盒上的报警复位，再将机器人光标移到报警栏，并按下全部确认，将报警复位掉，然后将示教盒打到自动，然后重复上述第6步）。

点焊机器人

弧焊机器人?

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。

在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。

弧焊机器人系统组成?

一般的弧焊机器人是由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成。

可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。

还可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝。

弧焊机器人主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。

关键技术包括：

（1）弧焊机器人系统优化集成技术：

弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。

（2）协调控制技术：

控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。

（3）精确焊缝轨迹跟踪技术：

结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。

弧焊机器人

激光加工机器人?

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。

本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。

该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。

可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。

关键技术包括：

（1）激光加工机器人结构优化设计技术：

采用大范围框架式本体结构，在增大作业范围的同时，保证机器人精度；

（2）机器人系统的误差补偿技术：

针对一体化加工机器人工作空间大，精度高等要求，并结合其结构特点，采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法，完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。

（3）高精度机器人检测技术：

将三坐标测量技术和机器人技术相结合，实现了机器人高精度在线测量。

（4）激光加工机器人专用语言实现技术：

根据激光加工及机器人作业特点，完成激光加工机器人专用语言。

（5）网络通讯和离线编程技术：

具有串口、CAN等网络通讯功能，实现对机器人生产线的监控和管理；并实现上位机对机器人的离线编程控制。

真空机器人?

真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。

真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。

而且国外对中国买家严加审查，归属于禁运产品目录，真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。

直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。

关键技术包括：

（1）真空机器人新构型设计技术：

通过结构分析和优化设计，避开国际专利，设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求；

（2）大间隙真空直驱电机技术：

涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。

（3）真空环境下的多轴精密轴系的设计。

采用轴在轴中的设计方法，减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。

（4）动态轨迹修正技术：

通过传感器信息和机器人运动信息的融合，检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移，通过动态修正运动轨迹，保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。

（5）符合SEMI标准的真空机器人语言：

根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准，完成真空机器人专用语言。

（6）可靠性系统工程技术：

在IC制造中，设备故障会带来巨大的损失。

根据半导体设备对MCBF的高要求，对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制，提高机械手各个部件的可靠性，从而保证机械手满足IC制造的高要求。

洁净机器人?

洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。

随着生产技术水平洁净机器人不断提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

关键技术包括：

（1）洁净润滑技术：

通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂，实现对环境无颗粒污染，满足洁净要求。

（2）高速平稳控制技术：

通过轨迹优化和提高关节伺服性能，实现洁净搬运的平稳性。

（3）控制器的小型化技术：

根据洁净室建造和运营成本高，通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。

（4）晶圆检测技术：

通过光学传感器，能够通过机器人的扫描，获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。

十大工业机器人品牌

发那科（FANUC）?

FANUC（发那科）是日本一家专门研究数控系统的公司，成立于1956年。

是世界上最大的专业数控系统生产厂家，占据了全球70%的市场份额。

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FANUC1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。

进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。

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2008年6月，FANUC成为世界第一个突破20万台机器人的厂家；2011年，FANUC全球机器人装机量已超25万台，市场份额稳居第一。

库卡（KUKA）?

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库卡（KUKA）及其德国母公司是世界工业机器人和自动控制系统领域的顶尖制造商，它于1898年在德国奥格斯堡成立，当时称“克勒与克纳皮赫奥格斯堡（KellerundKnappichAugsburg）”。

公司的名字KUKA，就是KellerundKnappichAugsburg的四个首字母组合。

在1995年KUKA公司分为KUKA机器人公司和KUKA库卡焊接设备有限公司（即现在的KUKA制造系统），2011年3月中国公司更名为：

库卡机器人（上海）有限公司。

KUKA产品广泛应用于汽车、冶金、食品和塑料成形等行业。

KUKA机器人公司在全球拥有20多个子公司，其中大部分是销售和服务中心。

KUKA在全球的运营点有：

美国，墨西哥，巴西，日本，韩国，台湾，印度和欧洲各国。

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1973KUKA研发其第一台工业机器人，即名为FAMULUS。

这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人。

KUKA的机器人产品最通用的应用范围包括工厂焊接、操作、码垛、包装、加工或其它自动化作业，同时还适用于医院，比如脑外科及放射造影。

那智不二越?

那智不二越公司是1928年在日本成立的，并在2003年建立了那智不二越（上海）贸易有限公司。

现在，该公司属于那智不二越在中国的一个销售机构。

目前那智不二越在中国拥有两间轴承厂，一间精密刀具修磨工厂，一间焊接工厂，日后还将计划不断扩大产业基地。

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那智不二越是从原材料产品到机床的全方位综合制造型企业。

有机械加工、工业机器人、功能零部件等丰富的产品，应用的领域也十分广泛，例如航天工业，轨道交通、汽车制造、机加工等。

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目前，那智不二越在中国机器人销售市场占公司全球售额的15%。

那智不二越着眼全球，从欧美市场扩展到中国市场，下一步将开发东南亚市场，比如印度市场，是公司未来比较重视的一个市场区域。

川崎机器人?

川崎机器人（天津）有限公司是由川崎重工业株式会社100%投资，并于2006年8月正式在中国天津经济技术开发区注册成立，主要负责川崎重工生产的工业机器人在中国境内的销售、售后服务（机器人的保养、维护、维修等）、技术支持等相关工作。

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川崎机器人在物流生产线上提供了多种多样的机器人产品，在饮料、食品、肥料、太阳能、炼瓦等各种领域中都有非常可观的销量。

川崎的码垛搬运等机器人种类繁多，针对客户工场的不同状况和不同需求提供最适合的机器人、最专业的售后服务和最先进的技术支持。

ABB机器人?

1988年创立于欧洲的ABB公司于1994年进入中国，1995年成立ABB中国有限公司。

2005年起，ABB机器人的生产、研发、工程中心都开始转移到中国，可见国际机器人巨头对中国市场的重视。

目前，中国已经成为ABB全球第一大市场。

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2011年ABB集团销售额达380亿美元，其中在华销售额达51亿美元，同比增长了21%。

近年来，国际上一些先进的机器人企业瞄准了中国庞大的市场需求，大举进入中国。

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目前，ABB机器人产品和解决方案已广泛应用于汽车制造、食品饮料、计算机和消费电子等众多行业的焊接、装配、搬运、喷涂、精加工、包装和码垛等不同作业环节，帮助客户大大提高其生产率。

史陶比尔史陶比尔集团制造生产精密机械电子产品：

纺织机械、工业接头和工业机器人，公司员工人数达3000多人，年营业额超过十亿瑞士法郎。

公司于1892年创建在瑞士苏黎世湖畔的Horgen市。

今天，史陶比尔发展成