机械手应用不断深化，人机协作带来发展新趋势！
当前，机械手在工业、服务和军事各领域的应用日渐成熟，随着新型人机关系的出现，机械手的发展开始迎来一些新的要求。
近年来，随着全球“用工荒”、“用工贵”等问题的爆发，“机器换人”趋势不断加快，机器人产业迎来迅猛发展。其中，机械手作为工业机器人和现代机器人的先驱历久弥新，借助良好的产业大环境，在技术、功能和应用等方面获得了显著提升！
机械手应用正趋于成熟
据了解，机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。作为最早的工业机器人和高新自动化设备，其在稳定产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和促进产品迭代等方面具有重要作用。
二战期间，工业机械手的概念和技术获得了首次提出，之后在上世纪40年代左右，美国率先在搬运核原料的实验中进行了应用。50、60年代，美国再次研发出示教型机械手和新式机械手，为后面其他国家机械手的研发应用打下了基础。
目前，美国、欧洲和日本是机械手发展和应用最为成熟的主要国家。美国作为全球机械手发展最早的国家，在60年代其他国家还未涉足之际，就已经在工业领域获得了良好应用；以德国为代表的欧洲国家，在70年代也开始了将机械手用于上下料的工业生产；而日本在同时期通过引进美国机械手产品，紧随其后开启了自主研制和广泛应用之路。
我国机械手的研发起步与先进国家相差了30年有余，直到90年代第七个五年计划开启，大批工业机器人的研制出现，机械手才在国内开始应用。不过，随着我国工业机器人的强势崛起，以及服务机器人、特种机器人的实时跟进，如今机械手的应用已经走向了成熟。
眼下，机械手不仅被广泛应用于工业领域中的搬运、分拣、切割、喷涂、焊接、打磨、码垛等多个生产环节，还被应用于服务和娱乐领域，具备了制作咖啡、写毛笔字、折叠衣物、递送毛巾等多种功能。
全新功效意义不断凸显
一直以来，人们研发机械手，是为了提高生产自动化水平、改善劳动条件避免人身危险，以及减少人力使用降低成本费用。这三点意义至今仍然没有改变，不同的是，如今随着技术和应用的深入拓展，机械手已经被添加了新的发展意义。
近年来，机械手在服务领域的探索越来越多，在工业领域的应用也在不断转变，随着各种服务机器人和协作机器人成为新的风口，机械手与人的联系也越来越密切，人机融合关系带给了机械手新的价值。
机械手已经不仅仅是替代人，而是要与人协作、帮助人、发展人，一改以往独立完成任务的设定，成为人机结合的重要组成部分。新的发展方向和价值取向不仅是对传统生产方式的改变，更是对人机关系的深切思考和肯定。
六大趋势引领未来发展
在赋予了人机关系新的发展意义之后，机械手的应用创新要求也相应提高，一方面要让自身功能进一步获得完善，满足不断扩大应用需求，另一方面也需要兼顾与人的结合。综合这两方面的要求来看，未来机械手将呈现以下发展趋势：
首先是精准化与模块化。精度和重复精度是机械手作业的关键，随着微电子技术和控制技术的不断发展，机械手的精度要求将会逐渐获得满足；而模块化决定了机械手的安装便捷性和易用性，模块化之后可让机械手与不同模块组合形成不同的功能。两者的发展都将极大利于机械手应用范围的不断扩大。
其次是节能化和安全化。为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，机械手需要通过新材料、新技术来替代易污染部件，减少润滑油、机械部件等带来的污染，同时节约能源和成本。
最后是智能化和小型化。要满足人机融合发展，机械手必须与人工智能、大数据、智能传感等新技术相结合，不断提升人机学习和交互能力。此外还要注意人机协作过程中的安全问题，通过更加智能、柔性和小型化的发展，来破除人与机器之间的藩篱。
真空技术+机械手：真空机器人的应用及其核心技术
听到真空机器人，很多人会感到比较陌生。顾名思义，真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，
我们都知道，半导体是由硅制造而成的。在经过一系列上游工序后，材料硅变成了表面刻有“印刷电路”的圆形晶圆。再经过一系列下游工序，最终变成功能强大的IC单元。作为晶半导体行业的关键元件，晶圆在整个半导体加工工序中需要在各个处理站之间执行快速、精确的传送作业。
现代技术已可以生产出纳米级厚度的晶圆，如此昂贵易碎的晶圆在传送过程中，如果靠人工操作很容易损坏，且过程中会使晶圆表面受到污染。所以，真空机器人——晶圆真空搬运机械手成为IC装备的核心设备之一 。其性能的优劣直接影响晶圆的生产效率和制造质量，体现着整个加工系统的自动化程度和可靠性。
在晶圆加工系统中包含两类晶圆搬运机械手：大气机械手（FI robot) 和真空机械手（Vacuum robot)。
前者将晶圆从晶圆盒中取出并放到预对准设备上，工作环境满足一定的大气洁净度要求，控制精度要求相对较低；后者将晶圆从预对准设备上取下，搬运到各个工位进行刻蚀等工艺流程加工，并将加工完的晶圆搬运到接口位置，等待大气机械手放回晶圆盒。这些工艺流程需要在真空环境下进行 ，机械手必须要完全满足真空洁净度要求，控制精度和可靠性要求极高。
▲ 对称双连杆蛙腿型晶圆搬运机械手
如今，大多数半导体制造商都在使用机器人代替人工传送晶圆，这已成为半导体制造的操作重点之一。目前半导体市场使用机器人占比比较高，如松下、西门子、富士通、环旭电子、华通科技、晶元光电等知名半导体企业都在大规模使用半导体真空机器人。
真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约国内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，真空机械手成为制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。
真空机器人关键技术
● 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。
● 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。
● 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。
● 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。
● 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。
● 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。
近几年，在国内已经出现一些专业从事泛半导体行业各种晶圆搬运洁净机器人和自动化装卸载设备的研发与生产的公司，其产品也已经应用于半导体、LED、液晶、太阳能电池等高科技领域。相信在不久的将来，随着我国半导体产业的快速发展，国内真空机器人制造技术也会突飞猛进，为实现中国芯崛起贡献力量。
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