工業(yè)機(jī)器人在汽車智能制造中的應(yīng)用

楊惠 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平有了很大的提高，汽車銷量近年持續(xù)增長，汽車更新?lián)Q代速度很快，傳統(tǒng)的汽車工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)不能滿足目前的市場，隨著工業(yè)4.0的提出，對汽車在大批量的生產(chǎn)過程中提出了新的要求，對汽車工廠的自動化車間提出了更高的要求，工業(yè)機(jī)器人在汽車智能制造過程中起著重要的作用。美國、德國、日本等國家在汽車制造技術(shù)方面一直占據(jù)主導(dǎo)的地位，我國汽車行業(yè)發(fā)展起步晚，但發(fā)展迅速，目前國產(chǎn)汽車的技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，但是工廠自動化水平仍有待加強(qiáng)，許多工廠只是某個車間有機(jī)器人，大部分還是靠的人工操作。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用在汽車智能制造中，不僅可以提高生產(chǎn)效率，從長遠(yuǎn)看，還可以節(jié)約成本。

1 工業(yè)機(jī)器人的概況

工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人按照用途分類的一個類別，是一種面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它可以靠自身的動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)工廠成產(chǎn)中各種工作。它可以接受人類的指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序進(jìn)行工作。現(xiàn)在的大部分工業(yè)機(jī)器人具有人工智能技術(shù)，可以根據(jù)示教動作、傳感器、視覺等來修正自己的動作。目前越來越多的汽車制造企業(yè)開始用工業(yè)機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，一個主要原因是因?yàn)槿肆Τ杀局饾u上升，而機(jī)器人價格逐年下降。在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，機(jī)器人還可以高效率得完成工作。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，其與汽車制造業(yè)的結(jié)合也越來越密切，在汽車制造業(yè)中的價值也越來越明顯。

圖1 工業(yè)機(jī)器人

2 工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用意義

汽車制造業(yè)其實(shí)是一種流水線式的裝備工作，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到汽車制造業(yè)中，扮演裝配工、操作工、焊接工、搬運(yùn)工等不同的角色，完成焊接、弧焊、噴涂、涂膠等不同工作。同時，機(jī)器人可以在高溫、低溫、有毒等惡劣環(huán)境下工作，并且可以完成繁瑣、單調(diào)的生產(chǎn)工作，保證了汽車制造業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，大大提高了生產(chǎn)效率。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)中所占的比例不一樣，在點(diǎn)焊中占15%，在弧焊中占16%，在噴漆中占3%，在沖壓中占3%，在鑄造中占3%，在搬運(yùn)中占13%，在組裝中占22% ，可以發(fā)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中的重要選地位。

工業(yè)機(jī)器人兩個重要的功能是運(yùn)動控制功能和示教再現(xiàn)功能。通過運(yùn)動控制功能可以使機(jī)器人的姿態(tài)、位置和速度發(fā)生改變；通過示教再現(xiàn)功能，把機(jī)器人要執(zhí)行的動作信息、運(yùn)動軌跡和操作位置等信息傳達(dá)給機(jī)器人，機(jī)器人依靠記憶系統(tǒng)存儲這些信息，在下一次接到指令時候就可以根據(jù)存儲的信息自動進(jìn)行操作。由于工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)比較多，在汽車自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，比如：搬運(yùn)機(jī)器人、焊接機(jī)器人、噴漆和噴涂機(jī)器人、裝配機(jī)器人、檢測機(jī)器人。

3 工業(yè)機(jī)器人在汽車智能制造中的應(yīng)用

3.1 搬運(yùn)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中最重要的應(yīng)用就是對汽車各個部分零件進(jìn)行搬運(yùn)。搬運(yùn)機(jī)器人可以在汽車生產(chǎn)過程中裝貨、卸貨以及抓取零件、碼垛等。在機(jī)器人的末端法蘭盤安裝手爪，機(jī)器人的手爪設(shè)計一般比較靈活，可以靈活、穩(wěn)定的去指定的地點(diǎn)抓取汽車零部件，并且搬運(yùn)到指定的位置完成操作。在整個工作過程中，速度快、定位準(zhǔn)確、運(yùn)行平穩(wěn)、并且對零部件的損壞小。由于汽車零部件位置不一樣、大小不一樣，操作人員只需要根據(jù)汽車零部件的不同位置和不同形狀，在機(jī)器人末端安裝不同型號的抓放裝置，就可以完成不同型號汽車零部件的搬運(yùn)和組裝工作，從而節(jié)約資源、提高工作效率，并且保障的工作的安全性。

3.2 焊接機(jī)器人

在汽車制造中，焊接機(jī)器人主要用于對汽車車身進(jìn)行焊接，焊接機(jī)器人應(yīng)用比較多的是點(diǎn)焊和弧焊。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車制造業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，每一輛汽車車身上大約有3000-4000個焊接點(diǎn)，其中60%都是由機(jī)器人來完成的[3]。電焊機(jī)器人在焊接工作中，工作環(huán)境寬敞、占地面積小、可以處理焊接過程中的高溫火花，并且可以很好的控制焊接點(diǎn)位置精度，提高焊接的質(zhì)量和速度，保證工作的效率。在有熔化極焊接和非熔化極焊接工作中，弧焊機(jī)器人的應(yīng)用比較多，可以完成自動化送絲，熔化電極，可以保護(hù)焊接工作，提高了焊接的質(zhì)量和速度，得到了許多企業(yè)的認(rèn)可。

3.3 噴漆和噴涂機(jī)器人

噴漆和噴涂機(jī)器人主要對汽車車身外部進(jìn)行噴漆，對汽車車身連接處進(jìn)行涂膠。為了保證動作的靈活性，噴漆和噴涂機(jī)器人的自由度一般大于5。在噴漆前給機(jī)器人安裝合適的噴漆槍和噴漆泵等，機(jī)器人可以根據(jù)車身的形狀和大小選擇適合的噴漆工具，同時在機(jī)器人運(yùn)行程序中添加車身噴涂的程序，設(shè)置噴涂的參數(shù)，機(jī)器人按照要求對車身進(jìn)行噴漆，并且噴漆準(zhǔn)確、均勻、速度快。給機(jī)器人安裝膠槍和膠泵，可以對車身連接處進(jìn)行封膠，機(jī)器人按照設(shè)定程序，根據(jù)車身的材料和特性，對不同位置噴涂不同厚度和不同形狀的膠，防止浪費(fèi)。在噴漆和噴涂過程中，機(jī)器人可以在寬敞的空間中進(jìn)行復(fù)雜的軌跡工作和一些靈活性比較強(qiáng)的工作，不僅可以提升噴漆的質(zhì)量，還可以提高原料的利用率，為后期的操作和維護(hù)做好保障。

3.4 裝配機(jī)器人

裝配機(jī)器人主要在汽車生產(chǎn)中對汽車零部件進(jìn)行裝配，比如發(fā)動機(jī)、車燈、儀表盤、電池等。裝配機(jī)器人中安裝了視覺傳感器、聽覺傳感器、觸覺傳感器等多個傳感器，可以順利完成裝配工作。在裝配過程中，提高了汽車零配件的安裝精度，提高了裝配的速度和準(zhǔn)確率，減輕了工作人員的勞動強(qiáng)度。

3.5 檢測機(jī)器人

檢測機(jī)器人主要檢測汽車零部件的尺寸，還可以對零部件進(jìn)行自動分類，大大降低了工作人員的工作量，提高了生產(chǎn)效率。汽車在生產(chǎn)后需要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，保證沒有問題，才能投入市場。利用機(jī)器人中視覺傳感器和測量控制模板，代替人工對汽車進(jìn)行檢測。視覺傳感器獲取一定的圖像信息，然后和計算機(jī)中的模型進(jìn)行對比，實(shí)際尺寸和模型中尺寸是否一致，判斷誤差大小，對后期改進(jìn)生產(chǎn)工藝，減少誤差提供幫助。利用機(jī)器人來檢測，不僅可以提高檢測速度，還可以提高檢測的準(zhǔn)確性。

工業(yè)機(jī)器人在汽車智能制造中的應(yīng)用除以上外，還有沖壓、鑄造、激光加工、液體物質(zhì)填充等機(jī)器人。

4 未來發(fā)展前景

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域主要有以下兩個方面：一是在危險、環(huán)境惡劣的條件下代替人工工作；二是隨著人力資源短缺，勞動力成本的上升，機(jī)器人代替人工在流水線工作。近年來，我國對工業(yè)機(jī)器人的需求持續(xù)增長，汽車制造行業(yè)更是需要工業(yè)機(jī)器人。未來工業(yè)機(jī)器人將會朝著更仿生化、更智能化發(fā)展，在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用將會越來越普及，完全代替人工工作，促進(jìn)我國汽車制造行業(yè)的發(fā)展。

5 結(jié)束語

隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車行業(yè)發(fā)展迅速，汽車制造業(yè)趨于自動化生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)器人在汽車智能制造中的應(yīng)用會越來越普及。把工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到汽車的生產(chǎn)制造中，不僅可以提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)的安全性，減輕工作人員勞動強(qiáng)度，還可以節(jié)約成本，因此，汽車企業(yè)從不同角度出發(fā)對機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究很有必要。