關于工業(yè)機器人的自動化生產線組建技術

孫鵬濤

（上海信息技術學校智能制造系 上海市 200331）

1 工業(yè)機器人簡述與特點

1.1 簡述工業(yè)機器人

當代的社會的制作產業(yè)中，工業(yè)機器人的自動化生產線是最主要的生產體系。目前我國工業(yè)機器人一般是由驅動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等部分組成。工業(yè)機器人自動化生產線的產生可以很大程度上的代替人工作業(yè)，也提高了制造業(yè)的生產質量及效率。工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)，可以根據編輯好的程序對機器人發(fā)出相應的指令，更加有效的控制工業(yè)機器人完成各項操作任務。

1.2 工業(yè)機器人的特點

操控工業(yè)工業(yè)機器人的方式和操控數控機床有點類似，但也具有一些自己本身需要注意的特點，一般操作如下：

（1）極強的擬人化功能。工業(yè)機器人的擬人化功能是其最為突出特點之一。工業(yè)機器人的機械手臂具備了類似于人的手臂及手腕的部分操作，通過計算機的編程控制，可以基本實現人類手臂的各項功能與操作。另外，在工業(yè)機器人上加入視覺傳感器、聲音傳感器及力傳感器等各種傳感器功能，可以極大的提高工業(yè)機器人對周邊環(huán)境的認知與適應。

（2）計算機編程。在日常的工業(yè)生產中，可以跟著生產目標及環(huán)境，對工業(yè)機器人進行計算機編程，使得生產作業(yè)根據的多樣化，也更加的靈活，同時節(jié)約了成本減少了損耗。

（3）工業(yè)機器人的適應性。除了很少對專業(yè)要求極強的領域外，工業(yè)機器人能適應大多數的生產任務，其通用性極強。搭配著各類型傳感器，使得工業(yè)機器人的繪畫功能、語音功能、制作功能等都得到了極大的提升，也擴廣了其所適用的范圍。

組建自動化生產線，在我國生產制造業(yè)中會有很多高度危險的作業(yè)，且有時勞動強度也非常大、環(huán)境較為惡劣，這類工作一般不太適合人工完成，所以作業(yè)工作條件中，就需要進行組建自動化生產線，用來代替人工完成這一系列的高強度、高風險的作業(yè)。自動化生產線中的分工不同，機器人的功能也就不相同。

如圖1 所示，是根據本文中的自動化生產線列舉了其中的一條生產線（自動沖壓式生產線）進行說明。

2 工業(yè)機器人的運行方式及系統(tǒng)組成

2.1 工業(yè)機器人的運行方式

在沖壓式生產線中，為了使得工業(yè)機器人的性能更加的穩(wěn)定。首先我們要對機器人工藝流程及動作指令進行合理化和規(guī)范化；不同類型不同生產線的工業(yè)機器人，其性能也完全不同。就自動化沖壓機器人生產線而言。機器人要使用上料、下料及剁料、碼料等指令，在機器人生產過程中需要由上料機下料機器人手臂抓取材料放入模具中進行沖壓，完成后再由下一單元的上料、下料機器人進行第二道工序的加工。完成整個沖壓后，再由機器人將成品抓取住進行碼垛、傳送到檢測單位進行檢測。

圖1：自動沖壓式生產線

2.2 工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成

當代的自動化沖壓生產線機器人中，其組成部分主要包括：拆剁、碼垛、上下料、運輸及沖壓等幾道工序組建而成。而工業(yè)機器人自動化沖壓生產線主要是包括：拆剁及上、下料系統(tǒng)和碼垛系統(tǒng)幾個部分組建而成。在拆剁、碼垛及上下料工序中一般是由機器人代替完成了一系列工作，可以很大程度上的提高拆剁、碼垛、上下料環(huán)節(jié)的工作效率、工作質量及安全質量等。其中拆剁、碼垛系統(tǒng)一般是由 AGV 物料車、循環(huán)雙向剁料臺、智能傳送帶及機器人共同組建完成的，沒有人工的參與，可以保證24 小時的不間斷作業(yè)。機器人傳送帶在傳送板料的過程中還會進入涂油機對其進行涂油處理。板料本身具有很大的拉延性，涂油完成后，機器人還會對所有的沖壓零件進行按時間或者數量進行抽檢，保證整個生產線的完美度。

2.3 工業(yè)機器人的計算機控制系統(tǒng)

我國柔性制造系統(tǒng)中一般分為數據層、物理層及人機交互平臺這三個主要的組成部分。

（1）數據層：是計算機控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分之一，在整個生產過程中發(fā)揮著十分巨大的作用。數據的傳輸及分析的都會直接影響到系統(tǒng)運行的可靠性及安全性。數據層一般分為數據傳輸及分析，在自動化生產過程中起到了十分重要的作用。且各個物理層間數據交換主要也是依靠實際現場的總數據來實現的。

（2）我國目前計算機控制系統(tǒng)里一般采用的總線技術有 Profinus 及 EPA 實時以太網等。其中EPA 具有現場總線布置及用線量少等的優(yōu)勢和特點，能夠極好的適應自動化沖壓生產過程的使用。工業(yè)機器人沖壓自動化生產中應用EPA 技術可以更好的通過 EtherCAT 網絡及監(jiān)控設備進行對接，最后使用 DCS 系統(tǒng)進行集中或控制。通過此種類型的方法可以在一定程度上提升控制系統(tǒng)實際使用時的安全性及穩(wěn)定性。

（3）物理層一般是由控制站及操作站等部分做成，其主要的作用是進行整體的數據收集及感知。物理層設備一般都是開放性的設備，可以通過 EPA 及PLC 進行數據轉換，更加方便控制系統(tǒng)可以對其進行實時狀態(tài)的操作，從而更加有效的實施對設備動作路徑的控制，從而達到提升動作的執(zhí)行準確度。

（4）人際交互平臺是控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分，其功能是顯示生產過程中具體的操作流程、系統(tǒng)參數和設備故障等相關信息的可視化平臺。我們通過人機交互平臺，計算機控制系統(tǒng)中工作人員可以直接觀看和操控整個系統(tǒng)，最終可以及時的發(fā)現控制系統(tǒng)所存在的問題，可以及時的給與解決，從而可以進一步保證整個系統(tǒng)的高效穩(wěn)定的進行工作。

2.4 安全系統(tǒng)

工業(yè)機器人安全系統(tǒng)是自動化生產線中最關鍵的一部分。是對自動化生產線中的各種方式進行安全保護措施，確保工業(yè)機器人在工作作業(yè)中盡可能的減少故障問題。控制系統(tǒng)一般較為復雜，所以安全系統(tǒng)對機器人控制系統(tǒng)可以夠起到極好的調配作用，而且還可以通過 PLC 實現實時監(jiān)控，在機器人生產過程中出現故障可以立即報警，從而可以達到故障位置的可視化，進一步確保了整個自動化生產線的安全、穩(wěn)定、可靠。

3 工業(yè)機器人構造

當代的工業(yè)機器人大都由傳感系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、控制器系統(tǒng)與操作機所組成。簡單來說也就是工業(yè)機器人是由控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、主體 3 主要部分所構成。

具體如下：

（1）控制系統(tǒng)，工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是將需要執(zhí)行的作用的程序錄入到該機器人電腦設備中，利用電腦程序驅動機器人進行相應的作業(yè)任務。

（2）驅動系統(tǒng)，機器人驅動系統(tǒng)中包括了傳動裝置和動力系統(tǒng)兩部分，能夠完成控制系統(tǒng)下達的作用任務。

（3）主體，機器人主體是包括手部、腕部于臂部三部分，當然小部分特殊要求的機器人還具備行走功能，裝配了行走所需要的裝置。大多數的機器人都有 3 到8 個自由運動度。

（4）機器人網絡通信。通過連接高科技的網絡給予機器人更加自由、更加網絡化的功能，可以讓讓機器人的標準化系統(tǒng)更加的完善。

（5）并聯(lián)機構。這種類型的技術其實是數控技術的拓展表現，屬于工業(yè)機器人的外延技術。該項技術使用并聯(lián)機構和機器人技術相結合，以便于可以完成更加高精度的加工和高精度測量作業(yè)。此項技術的出現為工業(yè)機器人的一體化提供了更高技術層面上的支持。工業(yè)機器人是可以在很多環(huán)節(jié)，情景下完成各種作業(yè)、重復編程及自動操作的自動生產設備，因此得到了非常多廠家的青睞。

4 工業(yè)機器人控制設計

在當下現代化工廠中，工業(yè)機器人早已經是不可或缺的一部分了，工業(yè)機器人代替了流水線工人，節(jié)約了大量的人力資源。工業(yè)機器人操作與控制需要結合其特定的工作位置給予相應的程序設計。例如汽車車架的生產電腦程序師就需要結合具體的生產流程、生產組織給與設計，編入機器人程序中。

具體如下：

（1）程序員需要了解車架焊接要求與工藝，根據具體的工藝要求總結好焊縫數量和焊接點數量，以此為準點來確定機器人的作業(yè)范圍和作業(yè)特點[1]。

（2）程序員針對焊接要求、焊接工藝要求，使用工業(yè)機器人編程語言對工業(yè)機器人進行編程。

大多數的編程方法有 2 種。

①示教器編程；

②軟件離線編程。

第一種是根據機器人運動路線、動作路徑來確定機器人的編程語言，使用手動方式記錄好機器人的運動點，通過一步一步的具體記錄，讓機器人掌握好具體流程。第二種是軟件編程，通過以計算機為載體的編程方式進行操作，這種方式需要我們先行建模，然后確定工件、機器人移動情況及工作路徑。機器人的行動流程全部由軟件控制生成。結束程序編輯以程序設計以后，由專門的技術人員對其進行調試，以此檢測該機器人的程序是不是可以達到投入使用的狀況。

5 自動化生產線組建研究技術

（1）運用機器人遠程控制技術。這是現代技術與高科技，網絡技術合二為一的代表，可以遠距離操作工業(yè)機器人進行生產作業(yè)，很大程度的確保了機器人工業(yè)生產線產品的質量和效率。

（2）機器人資源管理。這套系統(tǒng)可以夠連接制造工藝資源，從而提高工業(yè)生產技術，實現了機器人生產技術實時監(jiān)測功能，確保了生產制造的自動化和信息化。還有就是機器人定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)可以快速制定好完整的生產線，打造出完整的制造信息系統(tǒng)[2]。從而提高了機器人生產線上的安裝的精度與質量，打造了全線生產透明化。該項技術從根本上解決了智能管理需求，能夠單獨自主的處理與各個環(huán)節(jié)需要，有效的及時的處理各類突發(fā)性問題。

（3）機器人自動柔性管理技術。因為一般各企業(yè)的生產控制與管理流程都會十分的復雜，所以需要機器人的柔性自動化系統(tǒng)和控制一體化系統(tǒng)進行配合支持。工業(yè)機器人自動柔性技術實際是一種可以建立系統(tǒng)功能與系統(tǒng)結構的技術，很大程度上的完成了系統(tǒng)開放式的控制也很好的確保了信息管理之間的無縫銜接。一般工業(yè)機器人都需要配備信息輸入與輸出兩個模塊，因為需要保證技術人員可以可靠的、輕松的操作該機器人。比如瑞典的ABB 制作的工業(yè)機器人一般會配備DSQC651 單獨的輸入模塊?，F在我們國家已經建立了完整的焊裝、噴涂以及裝備機器人、弧焊機器人一體化的生產流水線。在我國機器人工業(yè)自動化水平飛速發(fā)展的今天，工業(yè)機器人自動化漸漸成為了企業(yè)自動生產主要趨勢。工業(yè)機器人技術理論在全球各大企業(yè)全力使用工業(yè)機器人進行生產制造的過程中，大家都出現了一個擔憂，就是工業(yè)機器人代替了人工，那么社會的失業(yè)率和生產的安全隱患，會不會存在很大的問題。有人認為按照當下工業(yè)機器人發(fā)展速度及規(guī)模，有可能會讓很多人失去工作，而且智能化機器人的出現，會不會對人類社會造成一定的威脅。工業(yè)機器人技術的出現其實有利也有弊，工業(yè)機器人很大程度上的減少勞動者工作危險性和壓力也創(chuàng)造出了更多的社會財富。但是與之同時，工業(yè)機器人的出現肯定會損害到很多基層生產者的權益。隨著科技不斷的發(fā)展，自動化技術不斷的提升，傳統(tǒng)機器人會慢慢的被淘汰，工業(yè)機器人會向著高科技的智能機器人方向發(fā)展。

綜上所述，工業(yè)機器人自動化技術肯定會在市場上占據極為重要的地位，也會為社會創(chuàng)造出更多的價值。