工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線組建技術(shù)

左培良，鄧先智，梁春光

（綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000）

工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代不可或缺的一種生產(chǎn)工藝。工業(yè)機(jī)器人自動生產(chǎn)組建為工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)，能夠進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)能力。當(dāng)前國內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展使得人力成本變得越來越高，與之對應(yīng)的是工業(yè)機(jī)器人能夠控制生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量，故得到了社會各界的廣泛重視。故對其展開的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工業(yè)機(jī)器人自動生產(chǎn)線應(yīng)用范圍

凡是包括機(jī)械裝配、切削加工、焊接、熱處理、沖壓、鍛造、鑄造的自動線，以及包裝、檢驗(yàn)、裝配、加工、毛坯制造的生產(chǎn)線都可以使用工業(yè)機(jī)器人。

2 工業(yè)機(jī)器人背景與技術(shù)

相對人力操作來說，工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢非常突出，能夠近乎完全自動化地完成工業(yè)生產(chǎn)，屬于多軸聯(lián)動機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)器人大多配備了傳感器，機(jī)器人的所有動作，包括轉(zhuǎn)動、抬、挪全部為程序控制。工業(yè)機(jī)器人一般會配備刀具、機(jī)械手與其他能夠用于裝配、生產(chǎn)的工具。當(dāng)然也有部分特殊工業(yè)機(jī)器人會配備可以執(zhí)行加工制造與搬運(yùn)操作任務(wù)的裝置。技術(shù)反映的是人類對自然力量的運(yùn)用能力，這其中最重要的3點(diǎn)要素便是控制、動力和材料。制作工業(yè)機(jī)器人需要滿足下述3點(diǎn)要求：快速結(jié)束任務(wù)、大工作空間、小安裝面積。結(jié)合生產(chǎn)需要，工業(yè)機(jī)器人所用材料通常選用高強(qiáng)度不銹鋼，確保能夠滿足工業(yè)機(jī)器人緊湊結(jié)構(gòu)要求。工業(yè)機(jī)器人動力應(yīng)選擇電力系統(tǒng)驅(qū)動，確保工業(yè)機(jī)器人能夠靈活、快速響應(yīng)要求。工業(yè)機(jī)器人的控制來源于自動化電腦，實(shí)現(xiàn)高精度操作控制。

3 工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造

當(dāng)前大部分工業(yè)機(jī)器人都是由傳感裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、控制器、操作機(jī)所構(gòu)成。簡單來說就是工業(yè)機(jī)器人由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、主體3部分組成。機(jī)器人的控制系統(tǒng)就是將需要操作的程序輸入到電腦設(shè)備，利用電腦設(shè)備驅(qū)動機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)包括傳動機(jī)構(gòu)與動力裝置，能夠完成電腦以及操作機(jī)下達(dá)的相應(yīng)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人主體包括手部、腕部、臂部，當(dāng)然有些工廠所用機(jī)器人還具備行走能力，裝配了行走機(jī)構(gòu)。絕大多數(shù)的工業(yè)機(jī)器人都有3～6個運(yùn)動自由度。工業(yè)機(jī)器人是一種可以在三維空間執(zhí)行各種作業(yè)、可重復(fù)編程、能自動操作、防人操作的自動生產(chǎn)裝置，因此得到了很多生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品工廠的青睞，可以按時完成生產(chǎn)任務(wù)。

（1）傳感裝置。力傳感器、視覺傳感器、激光傳感器是機(jī)器人系統(tǒng)中最常用的傳感裝置。這些裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)、自動跟蹤、自動定位、自動裝配，是這些工作實(shí)現(xiàn)的重要前提，保證了機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)性與作業(yè)性能。

（2）控制器。全數(shù)字與軟件操控滿足了機(jī)器人全自動化操作的要求。在現(xiàn)代科技的作用下，控制器性能在不斷的發(fā)展與提高，控制器可以完成機(jī)器人精準(zhǔn)控制，進(jìn)而達(dá)成機(jī)器人操作的要求與目的。

（3）操作機(jī)。有限元分析、仿真設(shè)計(jì)、模態(tài)分析等技術(shù)讓機(jī)器人具備了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信。通過連接網(wǎng)絡(luò)賦予了機(jī)器人更自由、更網(wǎng)絡(luò)化的能力。該過程也讓機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)變得越來越完善。

（5）并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的體現(xiàn)與拓展，屬于機(jī)器人技術(shù)的外延技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用并聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人技術(shù)可以完成高精度加工與高精度測量工作。該技術(shù)的出現(xiàn)為數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的一體化提供了技術(shù)層面的支持。

4 工業(yè)機(jī)器人控制設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代工廠中，工業(yè)機(jī)器人早已不再是新鮮的事物，工業(yè)機(jī)器人取代了原有工廠流水線的人力工人。工業(yè)機(jī)器人工位任務(wù)固定，操作與控制需要結(jié)合其工位要求設(shè)計(jì)。比如某汽車車架生產(chǎn)就需要結(jié)合其生產(chǎn)流程、生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)。首先需要研究車架焊接要求與工藝，隨后根據(jù)工藝要求總結(jié)焊縫數(shù)量與焊接點(diǎn)數(shù)量，以此確定機(jī)器人的工作范圍與工作特點(diǎn)，歸類車架焊縫與焊點(diǎn)，掌握車架焊接所需機(jī)器人數(shù)量與需要工位數(shù)量。其次在得知了焊接要求、焊接工藝的基礎(chǔ)上，使用工業(yè)機(jī)器人編程語言編程。一般來說編程方法通常只有2種。第一種使用示教器編程，第二種為軟件離線編程。前者根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動軌跡、動作路徑確定編程語言，能夠用手動方式記錄機(jī)器人運(yùn)動點(diǎn)，通過一步一步的記錄，掌握編程流程、編程程序。軟件編程是以計(jì)算機(jī)為載體的編程過程，該方法需要先行建模，隨后確定工件、機(jī)器人位移情況、工作路徑。機(jī)器人所有的運(yùn)動流程全部由軟件生成。最后在結(jié)束程序編輯、程序設(shè)計(jì)以后，由專人調(diào)試或是直接實(shí)驗(yàn)，以此檢測機(jī)器人程序是否能夠滿足生產(chǎn)、使用需求。

5 自動化生產(chǎn)線組建研究技術(shù)

所謂的機(jī)器人自動化生產(chǎn)實(shí)際上就是將自動化生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械裝置，從而打造以機(jī)器人為主體，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)與其他各種生產(chǎn)裝置的自動化生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)線?？梢哉f工業(yè)機(jī)器人標(biāo)志著制造業(yè)的進(jìn)步，是數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、自動生產(chǎn)技術(shù)的結(jié)合體。該技術(shù)以智能化為代表作，技術(shù)表現(xiàn)可以從下述幾方面得知與確定。

（1）機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用了遠(yuǎn)程控制方式。這是現(xiàn)代技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代表，能夠遠(yuǎn)距離操作與控制工業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的全方位監(jiān)控與檢測，保障了工業(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率。該技術(shù)使得工業(yè)生產(chǎn)效率、質(zhì)量得到了確定性保障，能夠幫助工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整與自我控制。

（2）資源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠連接企業(yè)與制造工藝資源，進(jìn)而全面提高與更新工業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)實(shí)時監(jiān)測，保障了生產(chǎn)制造的自動化、信息化。此外是定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)能夠快速整定生產(chǎn)線，打造完整制造信息技術(shù)。提升了生產(chǎn)線的安裝精度、安裝質(zhì)量，打造了透明化生產(chǎn)流程。該技術(shù)解決了智能管理要求，能夠單獨(dú)處理與指導(dǎo)不同環(huán)節(jié)需要，有效處理了各類臨時性問題。

（3）自動柔性管理技術(shù)。因企業(yè)的生產(chǎn)控制、管理流程非常復(fù)雜，所以需要柔性自動化技術(shù)與控制一體化技術(shù)的支持。自動柔性管理技術(shù)正是這么一種能夠建立系統(tǒng)功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開放性控制，同時也保障了信息管理的無縫銜接。絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都會配備信息輸入與信息輸出模塊，以此保障工作人員能夠可靠、輕松的操作機(jī)器人。比如ABB工業(yè)機(jī)器人一般會單獨(dú)裝配輸入模塊DSQC651，該模塊共有8路輸出與輸入與2路模擬量輸出端口。每一個端口都能夠滿足使用要求，完成與系統(tǒng)的可靠連接。國內(nèi)近些年的自動化生產(chǎn)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)帶給了用戶良好。當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)建立了完整的焊裝、噴涂、裝備機(jī)器人、弧焊機(jī)器人為一體的生產(chǎn)線。在國內(nèi)工業(yè)自動化水平得到進(jìn)一步發(fā)展的今天，工業(yè)機(jī)器人自動化水平也得到了更好的發(fā)展，漸漸成為了自動生產(chǎn)未來趨勢。不過不容忽視的是國內(nèi)機(jī)器人自動生產(chǎn)線市場正處于發(fā)展早期，也就是設(shè)備、理念、生產(chǎn)轉(zhuǎn)型時期，這為自動化機(jī)器人生產(chǎn)線研究以及開發(fā)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇與發(fā)展商機(jī)。

6 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)理論

在使用工業(yè)機(jī)器人的過程中，世界出現(xiàn)了這樣的聲音，那就是失業(yè)隱患與安全隱患。很多人認(rèn)為工業(yè)機(jī)器人繼續(xù)發(fā)展下去必然會讓大量的人類失去工作，且智能化發(fā)展的過程中，難免會出現(xiàn)對人類社會有威脅的機(jī)器人。不難看出機(jī)器人技術(shù)本身也是一把雙刃劍，雖然工業(yè)機(jī)器人能夠減少勞動者工作壓力，創(chuàng)造更大的社會財(cái)富?？膳c之對應(yīng)的卻是，工業(yè)機(jī)器人在滿足了上層建筑要求的基礎(chǔ)上，破壞了下層基礎(chǔ)建設(shè)，有違部分人的社會權(quán)益，有可能會傷及無辜，帶給社會負(fù)面影響。工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)并非僅僅存在于工業(yè)產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人實(shí)際上能夠運(yùn)用社會各界。我們在研發(fā)與生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的過程中，有必要了解其利弊，深入了解機(jī)器人的內(nèi)在價值、倫理地位，確保機(jī)器人與人類能夠和平共處，進(jìn)而發(fā)揮機(jī)器人的最大價值，使其能夠真正地服務(wù)于人類生活、生產(chǎn)。

7 結(jié)語

自動化技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的標(biāo)志性產(chǎn)物。工業(yè)機(jī)器人在這樣的背景下產(chǎn)生，改變了人們的生活習(xí)作方式。可以說工業(yè)機(jī)器人帶給社會生產(chǎn)顛覆性的改變，對工業(yè)生產(chǎn)而言有著革命性意義。當(dāng)然在人們生活水平越發(fā)提高的未來，人們對工業(yè)機(jī)器人的要求也會進(jìn)一步提高。工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量會進(jìn)一步增加，傳統(tǒng)機(jī)器人很有可能會漸漸遭到淘汰，這體現(xiàn)的便是對自動化技術(shù)的要求。