工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展探析

林漢威

摘要：本文在對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，從機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)裝配線中的應(yīng)用、機(jī)器人技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用、搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用等方面對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；機(jī)器人技術(shù)；應(yīng)用與發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人具有工作效率高、穩(wěn)定可靠、重復(fù)精度好、能在高危環(huán)境下作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)制造業(yè)，特別是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)中可發(fā)揮重要作用。目前，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷得到拓展，所能夠完成的工作日趨復(fù)雜。其主要應(yīng)用行業(yè)是汽車和摩托車制造、金屬冷加工、金屬鑄造與鍛造、冶金、石化、塑料制品等。工業(yè)機(jī)器人己經(jīng)可替代人工完成裝配、焊接、澆鑄、噴涂、打磨、拋光等復(fù)雜工作。本文就目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行探討。

1工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人由3大部分6個(gè)子系統(tǒng)組成。3大部分是機(jī)械部分、傳感部分和控制部分。6個(gè)子系統(tǒng)可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人總體上分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人。串聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)是一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)，而并聯(lián)機(jī)器人所采用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)不會(huì)改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)。早期的工業(yè)機(jī)器人都是采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。

工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要包括液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。早期的工業(yè)機(jī)器人采用了液壓驅(qū)動(dòng)。但液壓系統(tǒng)存在泄露、噪聲和低速不穩(wěn)定等問(wèn)題，并且功率單元笨重和昂貴，目前只有大型重載機(jī)器人、并聯(lián)加工機(jī)器人和一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合使用液壓驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人。氣壓驅(qū)動(dòng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但是由于氣壓裝置的工作壓強(qiáng)低，不易精確定位，一般僅用于工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)。氣動(dòng)手抓、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣動(dòng)吸盤(pán)作為末端執(zhí)行器可用于中、小負(fù)荷的工件抓取和裝配。電機(jī)驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的一種主流驅(qū)動(dòng)方式，分為4大類電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)。直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)采用閉環(huán)控制，一般用于高精度、高速度的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)用于精度和速度要求不高的場(chǎng)合，采用開(kāi)環(huán)控制；直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在技術(shù)上己日趨成熟，己具有傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置無(wú)法比擬的優(yōu)越性能，例如適應(yīng)非常高速和非常低速應(yīng)用、高加速度，高精度，無(wú)空回、磨損小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需減速器和齒輪絲杠聯(lián)軸器等。鑒于并聯(lián)機(jī)器人中有大量的直線驅(qū)動(dòng)需求，因此直線電機(jī)在并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域己經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

2.1機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)裝配線中的應(yīng)用

根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)形式不同，可以將裝配機(jī)器人分為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人和平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人。

垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人大都有6 個(gè)自由度，可以在空間上任意一點(diǎn)確定任意位姿； 直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人操作比較簡(jiǎn)便，常被用于零部件的移送、簡(jiǎn)單的插入、旋擰等作業(yè)。平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是一種精密裝配機(jī)器人，具有速度快、精度高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)，它在裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用也十分普遍。雙臂裝配機(jī)器人可以完成比傳統(tǒng)的單臂裝配機(jī)器人更為復(fù)雜的裝配動(dòng)作。日本YASKAWA公司MOTOMAN 系列雙臂裝配機(jī)器人目前已經(jīng)投入生產(chǎn)。由于雙臂裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用多集中于高精尖產(chǎn)業(yè)，目前尚未大面積普及應(yīng)用。并聯(lián)機(jī)器人在高精度拾放料作業(yè)方面有著良好表現(xiàn)，也多用于裝配領(lǐng)域。

2.2機(jī)器人技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用

船舶制造中有大量的焊接工作目前仍需要人工作業(yè)，以焊接機(jī)器人替代人工完成焊接工作是未來(lái)船舶焊接的發(fā)展方向。由于船舶構(gòu)件體積龐大，一般需使用移動(dòng)焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接。Rail Runner機(jī)器人可在船體結(jié)構(gòu)內(nèi)部移動(dòng)，并基于無(wú)線通訊實(shí)現(xiàn)PDA與機(jī)器人的通訊，以PDA替代了常規(guī)的示教盒實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊機(jī)機(jī)器人路徑和焊接過(guò)程的無(wú)線示教，其優(yōu)點(diǎn)在于：①對(duì)焊接空間沒(méi)有限制，可進(jìn)入封閉空間無(wú)人化工作；②無(wú)需操作人員接近機(jī)器人和惡劣的焊接環(huán)境，確保人員安全；③無(wú)線通信減輕了連接電纜和機(jī)器人整機(jī)的重量。船體焊接作業(yè)正在從勞動(dòng)密集型走向自動(dòng)化，己經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

白車身的生產(chǎn)要在55到75個(gè)工位上大批量、快節(jié)奏的焊接而成，焊點(diǎn)多達(dá)4000到5000個(gè)。以焊接機(jī)器人為核心的白車身焊接生產(chǎn)線正朝著高度自動(dòng)化，多品種混流生產(chǎn)以及大規(guī)模定制生產(chǎn)線的方向發(fā)展。德國(guó)KUKA公司為奔馳、大眾、寶馬、福特等整車企業(yè)研制的大型自動(dòng)化白車身焊接生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上的機(jī)器人占有率高達(dá)95%甚至98%以上；意大利COMAU公司在多車型混裝焊接生產(chǎn)線方面處于領(lǐng)先地位，研制的主焊接線合裝平臺(tái)可同時(shí)生產(chǎn)4種以上不同的車型，具有高度柔性化。

2.3搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用

為了提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，制造企業(yè)通常需要快速高效的物流線來(lái)貫穿整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)及包裝的過(guò)程，搬運(yùn)機(jī)器人在物流線中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

用于搬運(yùn)的串聯(lián)機(jī)器人，一般有六軸機(jī)器人和四軸機(jī)器人。六軸機(jī)器人一般用于各行業(yè)的重物搬運(yùn)，特別是重型夾具、重型零部件的起吊、車身的轉(zhuǎn)動(dòng)等。四軸機(jī)器人的軸數(shù)較少，運(yùn)動(dòng)軌跡接近于直線，所以速度上較為優(yōu)勢(shì)，適合于高速包裝、碼垛等工序。ABB公司的IRB7600六軸機(jī)器人，最大承重能力高達(dá)650 kg，適用于各行業(yè)的重載場(chǎng)合；IRB660機(jī)器人采用了四軸設(shè)計(jì)，具有3. 15 m到達(dá)距離和250 kg有效載荷，適合用于袋、盒、板條箱、瓶等包裝形式的物料堆垛。

3結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化程度整體上說(shuō)還處于較低水平，同時(shí)尚有大量低端勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)需轉(zhuǎn)型升級(jí)，機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)的增長(zhǎng)空間巨大。新型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)、機(jī)器人操作系統(tǒng)、視覺(jué)反饋等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，將促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人不斷進(jìn)軍新的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該引起重視的是，在機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，特別是關(guān)鍵零部件技術(shù)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家仍處于技術(shù)壟斷地位，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，仍面臨歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家的重大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

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