工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用研究

陶昌隆

（上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)制造業(yè)的規(guī)模一直在不斷壯大，同時(shí)也面臨著產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的問(wèn)題。雖然目前我國(guó)已經(jīng)成為制造大國(guó)，但制造技術(shù)仍然需要加強(qiáng)，只有這樣才能夠真正地成為制造強(qiáng)國(guó)。轉(zhuǎn)型的這條道路上，信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是一定要加強(qiáng)的，而對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其屬于是未來(lái)制造業(yè)的一個(gè)核心之一，同時(shí)在未來(lái)智能制造領(lǐng)域當(dāng)中會(huì)擔(dān)任著重要的角色。在制造業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，機(jī)器人行業(yè)也需要不斷地自我創(chuàng)新，使得機(jī)器人產(chǎn)品能夠跟得上制造業(yè)發(fā)展的步伐。未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)就是智能制造，而智能制造技術(shù)當(dāng)中的一個(gè)核心硬件設(shè)備就是工業(yè)機(jī)器人，因此，工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中會(huì)發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。

1 工業(yè)機(jī)器人定義

機(jī)器人這一概念在很早以前就已經(jīng)出現(xiàn)，不論是通過(guò)傳統(tǒng)的電視機(jī)，還是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，人們對(duì)于機(jī)器人都已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，并且一些簡(jiǎn)單的機(jī)器人已經(jīng)運(yùn)用在生活當(dāng)中?？墒乾F(xiàn)階段而言，國(guó)際上還沒(méi)有針對(duì)機(jī)器人進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)一的定義，目前整體的定義情況就是基本原則是相同的，只是在一些細(xì)節(jié)上存在不同。其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 給出了一個(gè)定義，定義中對(duì)工業(yè)機(jī)器人是這樣描述的：工業(yè)機(jī)器人是一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及重復(fù)編程的具有多個(gè)自由度以及多種功能的操作機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)工具的操作以及材料的搬運(yùn)，最終完成一系列作業(yè)?，F(xiàn)階段大多數(shù)國(guó)家都比較認(rèn)可這個(gè)定義，當(dāng)然能夠看得出來(lái)，目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到完全成熟的階段，所以，在未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)不斷成熟的過(guò)程中，其定義也會(huì)得到了相應(yīng)的完善。

2 智能制造中機(jī)器人技術(shù)的角色定位

目前我國(guó)制造業(yè)急需轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)型的方向就是智能制造。要想構(gòu)造出一個(gè)智能制造環(huán)境，那么需要三種核心技術(shù)的配合，分別是機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)。其中機(jī)器人技術(shù)屬于是硬件核心，在實(shí)現(xiàn)智能制造的過(guò)程中，屬于是一項(xiàng)首要技術(shù)。

對(duì)于高端裝置制造業(yè)而言，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)就是智能制造，同時(shí)智能制造的硬件設(shè)施基礎(chǔ)就是工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)字車間。同時(shí)數(shù)字車間屬于環(huán)境設(shè)施，機(jī)器人屬于生產(chǎn)設(shè)施，在數(shù)字車間進(jìn)行機(jī)器人的使用能夠使得機(jī)器人的智能水平得到大幅度提升，最終實(shí)現(xiàn)智能制造。

3 工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用

目前，在一些智能制造領(lǐng)域當(dāng)中，已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，比如，焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等，另外，在鋼鐵制造領(lǐng)域當(dāng)中，也開(kāi)始運(yùn)用一些具有特殊功能的工業(yè)機(jī)器人，下面分別進(jìn)行介紹。

3.1 焊接機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用

在很多制造業(yè)中，都會(huì)涉及焊接工作，這項(xiàng)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度特別大，要求焊接工作人員要具有較為高超的技術(shù)。在運(yùn)用了焊接機(jī)器人后，能夠大幅度減少人力成本，提高這項(xiàng)工作的智能化程度，目前已經(jīng)研發(fā)出了很多種焊接機(jī)器人，運(yùn)用最多的就是多關(guān)節(jié)機(jī)器人，這種機(jī)器人可以在一定的空間中完成很多種動(dòng)作，因此可以任意的調(diào)節(jié)焊接姿態(tài)。目前最為主流的焊接機(jī)器人有兩種，分別是點(diǎn)焊機(jī)器人以及弧焊機(jī)器人。目前焊接機(jī)器人主要是在汽車制造領(lǐng)域中進(jìn)行運(yùn)用，特別是在消聲器、底盤以及座椅骨架等焊接作業(yè)中的運(yùn)用，通過(guò)焊接機(jī)器人針對(duì)汽車上面的一些零部件實(shí)施搭接以及角接，可以確保汽車的安全性。例如，日本的豐田就采用了一種點(diǎn)焊機(jī)器人，相比傳統(tǒng)焊接工藝，大幅度提升了焊接的質(zhì)量，同時(shí)優(yōu)化了焊接生產(chǎn)線，大幅度縮短了整體生產(chǎn)線長(zhǎng)度。

目前在很多制造業(yè)領(lǐng)域中，都針對(duì)焊縫位置的精度提出了很高的要求，同時(shí)，很多焊接機(jī)器人為了能夠滿足智能制造的需求，都配置了電弧傳感器以及激光傳感器等先進(jìn)的設(shè)備，可以針對(duì)焊縫實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)的跟蹤焊接效果，進(jìn)行焊接時(shí)，能夠使得焊接軌跡以及焊接順序進(jìn)行自動(dòng)的改變。除此之外，在鐵路機(jī)械以及船舶制造行業(yè)當(dāng)中也有所運(yùn)用。能夠看得出來(lái)，未來(lái)隨著智能制造趨勢(shì)的發(fā)展，越來(lái)越多的精細(xì)焊接工作都會(huì)由焊接機(jī)器人所完成。

3.2 搬運(yùn)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用

工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用時(shí)，不但能夠按照指揮對(duì)相應(yīng)的程序進(jìn)行執(zhí)行，還可以按照事先已經(jīng)設(shè)置好的制定來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，正是依靠這一優(yōu)勢(shì)使其能夠在物流運(yùn)輸領(lǐng)域進(jìn)行運(yùn)用。20 世紀(jì)60 年代，物流工作中就已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用一些較為簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人，根據(jù)相關(guān)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，目前全球一共有超過(guò)100000 個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人在被應(yīng)用，尤其是在一些需要對(duì)大型物體進(jìn)行搬運(yùn)的工作中。同時(shí)，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。

隨著智能制造的來(lái)臨，傳統(tǒng)的搬運(yùn)機(jī)器人已經(jīng)無(wú)法滿足制造需求，因此，越來(lái)越多的新型搬運(yùn)機(jī)器人被研發(fā)出來(lái)，這些新型的搬運(yùn)機(jī)器人使用了很多學(xué)科的技術(shù)，其中目前比較熱門的就是六軸搬運(yùn)機(jī)器人。近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，搬運(yùn)機(jī)器人的最大負(fù)荷能力已經(jīng)達(dá)到了1300kg，可以完成垂直方向上5m 范圍內(nèi)的各種搬運(yùn)工作。我國(guó)近幾年來(lái)所使用的都是并聯(lián)機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)最多6 個(gè)自由度，比較主流的就是Delta 機(jī)械手，精度非常高，能夠控制于±0.1mm，由于研究較晚，所以目前在搬運(yùn)機(jī)器人這一技術(shù)上，國(guó)內(nèi)的技術(shù)還是落后于國(guó)外等發(fā)達(dá)國(guó)家。

3.3 鋼鐵領(lǐng)域智能制造過(guò)程中所使用的幾種工業(yè)機(jī)器人

（1）自動(dòng)拆捆機(jī)器人。在鋼鐵生產(chǎn)工藝中，冷軋帶鋼是通過(guò)鋼卷的方式來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的，在生產(chǎn)出鋼卷之前，一定要進(jìn)行拆捆、開(kāi)卷以及穿帶，后再加速至一個(gè)正常的速度進(jìn)行制造，這樣就會(huì)使得生產(chǎn)時(shí)間很長(zhǎng)。通過(guò)采用自動(dòng)拆捆機(jī)器人能夠使得前道機(jī)組過(guò)來(lái)的鋼卷實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的捆帶剪斷操作，同時(shí)對(duì)于自動(dòng)拆捆機(jī)器人而言，其機(jī)頭可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及橫向移動(dòng)，還可以針對(duì)卷邊以及捆帶的位置進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)定。將捆帶剪完后，對(duì)于自動(dòng)拆捆機(jī)器人而言，其還可以對(duì)已經(jīng)剪下來(lái)的捆帶進(jìn)行自動(dòng)壓實(shí)，這樣捆的尺寸就能夠達(dá)到最小，然后再自動(dòng)地卸到廢料斗里面進(jìn)行處理。通過(guò)自動(dòng)拆捆機(jī)器人的使用，能夠使得很多工序時(shí)間減少，并且提高了安全性。

（2）自動(dòng)取樣機(jī)器人。通過(guò)自動(dòng)取樣機(jī)器人的使用，在生產(chǎn)的過(guò)程中能夠針對(duì)鋼板實(shí)施自動(dòng)的取樣操作以及打標(biāo)記操作，對(duì)于自動(dòng)取樣裝置而言，其是通過(guò)4 個(gè)立放樣板斗、一臺(tái)機(jī)器人、一個(gè)平放樣板斗、一套取樣貼標(biāo)夾具以及平斗推出機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的。通常情況下，對(duì)于自動(dòng)取樣裝置來(lái)說(shuō)，其在機(jī)組取樣剪后，就會(huì)對(duì)取樣小車?yán)锼械脑嚇影暹M(jìn)行貼標(biāo)操作，后再將其搬運(yùn)至相應(yīng)的料斗當(dāng)中。通過(guò)這種機(jī)器人的使用，能夠使得勞動(dòng)力大大降低，同時(shí)還能夠大幅度的提升質(zhì)量過(guò)程的控制穩(wěn)定性。

（3）自動(dòng)貼標(biāo)簽機(jī)器人。通常情況下，對(duì)于冷軋生產(chǎn)工藝流程而言，針對(duì)鋼卷進(jìn)行打捆操作后，鋼卷會(huì)跟著鋼卷小車一起行進(jìn)至相應(yīng)的貼標(biāo)工位上面，在這時(shí)，自動(dòng)貼標(biāo)簽機(jī)器人就會(huì)受到一個(gè)指令，然后開(kāi)始進(jìn)行標(biāo)簽的打印、拾取以及粘貼操作。這種機(jī)器人是利用真空的原理對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行吸附，同時(shí)還能夠?qū)摼淼膶挾纫约爸睆酱笮∮?jì)算出來(lái)，后貼標(biāo)頭機(jī)械臂就會(huì)馬上移動(dòng)至需要進(jìn)行貼標(biāo)的地方，接下來(lái)吸附有標(biāo)簽的貼標(biāo)頭就會(huì)首先壓在需要貼標(biāo)的地方，后利用輥輪將標(biāo)簽撫平好，這樣標(biāo)簽就已經(jīng)貼在指定的位置上。然后機(jī)器人就會(huì)回到最開(kāi)始的初始位。通過(guò)這種機(jī)器人的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)貼標(biāo)工序的智能化操作。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)制造業(yè)不僅生產(chǎn)效率低，同時(shí)安全性也不是很高，所以目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)制造業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型。隨著智能時(shí)代的到來(lái)，智能制造已經(jīng)是未來(lái)的一個(gè)必然趨勢(shì)，同時(shí)隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越多，尤其是仿生學(xué)在機(jī)器人當(dāng)中的運(yùn)用，能夠使機(jī)器人的動(dòng)作更像人類，從而完成傳統(tǒng)制造領(lǐng)域當(dāng)中需要人工完成的一系列作業(yè)。能夠看得出來(lái)，未來(lái)工業(yè)機(jī)器人會(huì)成為制造生產(chǎn)線的主力軍，在智能制造領(lǐng)域中成為重要角色。