工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

金嘉琦，徐振偉，朱力勇，馬佰勝，劉暢

（沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

金嘉琦，徐振偉，朱力勇，馬佰勝，劉暢

（沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

隨著機(jī)器人的不斷發(fā)展和技術(shù)水平日臻成熟，越來越多的滲透到各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在汽車生產(chǎn)制造的工藝中起到重要作用。汽車工業(yè)的發(fā)展，在一定程度上反映了一個(gè)國家的制造業(yè)水平。所以在介紹工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)提高汽車制造水大有裨益。

工業(yè)機(jī)器人；汽車制造；汽車車身

KCLC NO.:TP278Document Code:AArticle ID:1671-7988(2017)03-46-02

前言

機(jī)器人是集合了機(jī)械、電氣、電子、計(jì)算機(jī)、控制、傳感器、人工智能等多門科學(xué)的適用于現(xiàn)代化制造的綜合型自動(dòng)化裝備?，F(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展異常迅速，技術(shù)也非常成熟，已應(yīng)用到汽車生產(chǎn)、航空航天、金屬加工、電子電氣、礦山開采等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)代替涵蓋如焊接、搬運(yùn)、碼垛、噴涂、裝配、檢測(cè)等多方位的人工作業(yè)功能。

在工業(yè)機(jī)器人所有應(yīng)用領(lǐng)域中，汽車行業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用占到整體市場(chǎng)份額的60%以上。隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃的提出，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展提出了更高的要求。所以深入了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)功能以及在汽車制造中的應(yīng)用情況，對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

1、工業(yè)機(jī)器人概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人（以KUKA機(jī)器人為例）由以下三部分組成：

圖1 工業(yè)機(jī)器人組成部分

（1）機(jī)械手即機(jī)器人本體。機(jī)械手是機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主體。它是由六個(gè)活動(dòng)的、相互連接在一起的關(guān)節(jié)（軸）組成的，也稱為六軸機(jī)器人。各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)通過伺服電機(jī)來進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)控而實(shí)現(xiàn)，伺服電機(jī)通過減速器與機(jī)械手各部件相連。機(jī)械系統(tǒng)的部件主要由鑄鋁和鑄鋼制成。機(jī)器人本體是完成各項(xiàng)工作及工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)部分，在投入使用之前通常對(duì)機(jī)械手進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)，保證機(jī)器人結(jié)構(gòu)完成、運(yùn)行正常。

（2）控制柜。機(jī)器人的機(jī)械系由伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)，而伺服電機(jī)則由機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)的主要功能是通過連接計(jì)算機(jī)程序發(fā)送指令進(jìn)而對(duì)專用控制器進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在空間中的位置和姿態(tài)的改變。

（3）示教器。示教器即機(jī)器人人機(jī)交互界面，主要通過對(duì)示教器的操作來控制機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。目前工業(yè)使用最為普遍的為示教機(jī)器人，通過示教器儲(chǔ)存輸入機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡生成運(yùn)動(dòng)程序，在通過再現(xiàn)模式運(yùn)行儲(chǔ)存的程序，完成示教再現(xiàn)的過程。

所有不包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)之內(nèi)的設(shè)備統(tǒng)稱為外部設(shè)備，包括工具（焊槍、抓手、噴槍等）、保護(hù)裝置、夾具等等。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：

（1）柔性高。與傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)常用焊機(jī)相比，機(jī)器人的柔性更強(qiáng)，對(duì)不同的車型和不同汽車部位的焊接只需要更改運(yùn)行程序即可完成。

（2）可靠性高。以KUKA機(jī)器人為例，其重復(fù)精度最高可達(dá)0.02mm，而且不會(huì)出現(xiàn)人工操作的焊接變形等問題，可使汽車具有更好的表面質(zhì)量。在車身噴涂方面，可以按照標(biāo)準(zhǔn)軌跡和涂膠量進(jìn)行涂膠，并快速均勻的完成作業(yè)。

（3）功能性強(qiáng)。汽車生產(chǎn)中，車身部分工件重量較高，人工很難完成搬運(yùn)和定位，而工業(yè)機(jī)器人的最高負(fù)載可達(dá)到1000KG。同時(shí)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不停機(jī)工作，大大提高工作效率。

2、工業(yè)機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)的沖壓、車身焊接、噴涂、總裝等四大生產(chǎn)工藝都有廣泛的應(yīng)用，主要包括搬運(yùn)、焊接、涂膠噴漆和車體裝配等工作。下面是工業(yè)機(jī)器人在汽車制造的幾種應(yīng)用方式。

（1）機(jī)器人搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)器人末端法蘭盤安裝執(zhí)行裝置，方便快速的從指定位置抓取零部件并精確搬運(yùn)定位到指定工位，搬運(yùn)過程中不會(huì)對(duì)零部件進(jìn)行損壞。根據(jù)工件的不同形狀和不同狀態(tài)，機(jī)器人末端可以安裝不同的執(zhí)行器。

（2）機(jī)器人點(diǎn)焊。點(diǎn)焊技術(shù)在汽車車身制造中占據(jù)主要地位，車身焊接的路徑規(guī)劃是工作人員進(jìn)行焊接工藝的一個(gè)主要問題。工業(yè)機(jī)器人安裝不同的焊槍運(yùn)行不同的程序，可以對(duì)車身的各種位置和不同的部件進(jìn)行焊接，具有較高的焊接精度和重復(fù)精度。隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人與焊接技術(shù)的結(jié)合的效果也越來越好。

（3）機(jī)器人弧焊。機(jī)器人弧焊裝置是在機(jī)器人本體安裝送絲裝置，通過傳感器在計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以利用機(jī)器人直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的功能來進(jìn)行直線焊縫和圓弧形焊縫的焊接。

圖2 工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊作業(yè)

（4）機(jī)器人噴涂。機(jī)器人噴涂可分為涂膠和噴漆。機(jī)器人涂膠系統(tǒng)主要包括涂膠泵、涂膠槍等裝置，在合理利用車身材料的物理及化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，機(jī)器人快速的對(duì)密封焊接和減震部位進(jìn)行不同形狀和厚度的涂膠。同理，機(jī)器人的噴漆系統(tǒng)由噴槍和噴漆泵組成，均勻快速的對(duì)車身表面進(jìn)行噴漆。

（5）機(jī)器人裝配。機(jī)器人是柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的核心設(shè)備，除機(jī)器人本體外主要組成結(jié)構(gòu)是傳感器和末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器針對(duì)不同的裝配工件可以安裝不同機(jī)構(gòu)。其主要功能是通過傳感器來獲取機(jī)器人本體與裝配對(duì)象和環(huán)境的相互信息，通過末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)裝配作業(yè)。機(jī)器人主要用于汽車整車發(fā)動(dòng)機(jī)總成、擋風(fēng)玻璃密封、安裝儀表盤、安裝車門、安裝輪胎等多個(gè)部件的裝配。

（6）機(jī)器人檢測(cè)。機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)主要包括視覺傳感器和測(cè)量控制模塊，主要功能是使用視覺激光測(cè)頭來獲取被測(cè)部件的圖像信息，結(jié)合計(jì)算機(jī)模型來獲取實(shí)際尺寸與理想尺寸的對(duì)比，進(jìn)行部件檢測(cè)反饋誤差信息。機(jī)器人檢測(cè)與傳統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備相比具有快速、直觀、量程大和精度高的特點(diǎn)，不僅提高了整車的合格率，還對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、減小生產(chǎn)誤差提供了方法。

3、結(jié)語

我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，更加凸顯了工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的重要性。工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣，機(jī)器人的使用大大縮短生產(chǎn)周期、提高了汽車的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)也解放了勞動(dòng)力、降低了生產(chǎn)成本。隨著中國制造2025的新格局，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展必將引領(lǐng)中國汽車行業(yè)走向下一個(gè)高峰。

[1] 楊金.機(jī)器人在汽車車身制造中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2012 ,12 (7)∶117-120.

[2] 何延發(fā),趙曉巍.機(jī)器人在汽車車身制造中的應(yīng)用研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014 (9)∶31-32.

[3] 王田苗,陶永. 我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014,50（9）∶1-9.

[4] 于暉.工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用[J].湖南農(nóng)機(jī)，2014,41(6)∶96-97.

The Application of Industrial Robots in Automobile Manufacturing

Jin Jiaqi, Xu Zhenwei, Zhu Liyong, Ma Baisheng, Liu Chang
( School of mechanical engineering, Shenyang University of Technology, Liaoning Shenyang 110807 )

With the continuous development of robots and the technical level has matured, more and more penetration into all fields, especially in the automobile manufacturing process plays an important role. The development of the automobile industry, to a certain extent, reflects the level of a country's manufacturing industry. So in the introduction of the composition of industrial robots on the basis of the robot in the automotive manufacturing applications in the analysis of the automobile manufacturing water to improve the great benefit.

industrial robots; automobile manufacturing; car body

TP278

A

1671-7988(2017)03-46-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.018

徐振偉（1989-），男，就讀于沈陽工業(yè)大學(xué)，研究方向：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。