工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用

沈桂軍

摘 要：伴隨著我國科技水平的發(fā)展，我國制造業(yè)也有了很大進(jìn)步。工業(yè)機(jī)器人具有安全、高效、自動(dòng)化的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于智能制造中。鑒于我國在工業(yè)機(jī)器人研發(fā)推廣上與西方發(fā)達(dá)國家的差距，國家應(yīng)加大對(duì)高校專業(yè)人才培養(yǎng)力度，充分重視工業(yè)機(jī)器人的自主研發(fā)，全面優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的性能，逐步完善其技術(shù)缺陷，推動(dòng)智能制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;智能制造;應(yīng)用

引言

近年來，國內(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)型的問題。雖然目前我國已經(jīng)成為制造大國，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。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)器人來說，其屬于是未來制造業(yè)的一個(gè)核心之一，同時(shí)在未來智能制造領(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。

1.工業(yè)智能制造的內(nèi)涵

工業(yè)智能制造是指工廠生產(chǎn)以機(jī)器人為主，進(jìn)行智能化生產(chǎn)的模式。在過去，機(jī)器人在工廠中的運(yùn)用范圍比較狹窄，機(jī)器人一般在工廠中負(fù)責(zé)粉刷等勞動(dòng)強(qiáng)度大且對(duì)身體傷害度高的工作。但伴隨著機(jī)器人制造技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)以及技術(shù)的成熟，機(jī)器人已經(jīng)具備關(guān)節(jié)識(shí)別系統(tǒng)和視覺識(shí)別系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精準(zhǔn)的運(yùn)算，其應(yīng)用范圍也變得越來越廣泛。在眾多應(yīng)用中，當(dāng)屬數(shù)字化車間為典范。現(xiàn)下許多數(shù)字化車間使用了大量的智能設(shè)備，并配對(duì)了大量的機(jī)器人，以此來進(jìn)行日常的生產(chǎn)工作。機(jī)器人為主的數(shù)字車間大大提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，為工業(yè)智能制造注入了新的內(nèi)涵。

2.工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢，它被大量投入到智能制造中，應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線、惡劣生產(chǎn)環(huán)境及重復(fù)枯燥作業(yè)中，有效地降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提升了工業(yè)資源利用率，改善了勞動(dòng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了智能制造在生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)效益上的雙豐收。

在國外，工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平較高，存在ABB、KUKA、AdeptTechnology等多家國際知名的工業(yè)機(jī)器人公司，這些公司生產(chǎn)出了可從事“焊接”“貨物搬運(yùn)”“零件組裝”等多種行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，比如說“點(diǎn)焊機(jī)器人”“分配機(jī)器人”“裝配機(jī)器人”“搬運(yùn)機(jī)器人”。而在國內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)成熟度仍然比較低，國產(chǎn)機(jī)器人精度及性能偏低，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才儲(chǔ)備不足，雖然在汽車制造、電子電器生產(chǎn)及工程機(jī)械等領(lǐng)域，已經(jīng)投入大量工業(yè)機(jī)器人，其應(yīng)用率不斷增長，取得了一定成果，但是需要改進(jìn)的地方也有很多。

3.工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用

3.1生產(chǎn)線

①自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)。

該系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)毛坯自動(dòng)上料，主要是由取料機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)構(gòu)成。其中，回轉(zhuǎn)上料結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要是憑借伺服電機(jī)、減速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)行，上方總共設(shè)置了8個(gè)工位，將導(dǎo)柱插入到工位上，可以一次性穿過18個(gè)零件。取料機(jī)構(gòu)主要是憑借伺服電機(jī)、滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)上下平移，將取料臺(tái)安裝在絲桿螺母副上。取料臺(tái)手指設(shè)施通過氣缸壓縮控制，可以實(shí)現(xiàn)前后收縮運(yùn)動(dòng)。再者，每個(gè)取料臺(tái)上方都安裝了攝像頭系統(tǒng)，主要是負(fù)責(zé)定位取料位置，確保定位精度。

在系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，在回轉(zhuǎn)上料結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，將導(dǎo)柱旋轉(zhuǎn)到指定的取料工作位置后，取料機(jī)構(gòu)取料臺(tái)向下移動(dòng)到標(biāo)準(zhǔn)的取料高度，此時(shí)手指在氣缸帶動(dòng)下伸出穿越工件，取料臺(tái)再向上運(yùn)行即可在導(dǎo)柱上取出工件，完成整個(gè)上料環(huán)節(jié)。整個(gè)流程中，攝像頭系統(tǒng)會(huì)判定工件擺放位置和取料位置進(jìn)行對(duì)比分析，將兩個(gè)位置信息的偏差存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。外部設(shè)備獲取數(shù)據(jù)庫中的誤差信息后，即可將誤差數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)器人，這樣即可修正機(jī)器人的取料精度，按照編程順序?qū)⒐ぜ潭ㄔ跈C(jī)床上進(jìn)行切削加工。

②下料輸送線系統(tǒng)。

下料輸送線也就是流水線系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將一個(gè)加工工序完成的工件傳輸?shù)较乱坏拦ば蛑?。采用鏈板傳輸?shù)姆椒?，?qū)動(dòng)設(shè)施采用三相異步交流電機(jī)，采用減速驅(qū)動(dòng)裝置控制傳輸速率。為了能夠保證放料位置、取料位置的精度，需要在輸送線兩側(cè)各配置1個(gè)光電傳感器，再配合上取料位上方架設(shè)的攝像系統(tǒng)，即可檢測到取料精準(zhǔn)位置。

在下料輸送線運(yùn)輸當(dāng)中，在放料位置的傳感器接收到信號(hào)后，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟三相異步電機(jī)，工件在輸送鏈板上被傳輸?shù)饺×衔?。取料位傳感器獲得工件信息之后，三相異步電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)，向機(jī)器人發(fā)送指令要求取料。

③中轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。

中轉(zhuǎn)臺(tái)由一臺(tái)階型V型塊構(gòu)成，主要是負(fù)責(zé)工件掉頭裝夾。也就是第一臺(tái)機(jī)床完成切削完成，通知機(jī)器人取料后，自動(dòng)換夾到工件的另一側(cè)。此時(shí)即可將工件放置到中轉(zhuǎn)臺(tái)上，讓機(jī)器人移動(dòng)到工件另一側(cè)抓取工件，從而實(shí)現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)。

3.2倉庫管理

機(jī)器人數(shù)字化車間中各立體倉庫裝有定位裝置以及傳感裝置。借助定位裝置，機(jī)器人可以準(zhǔn)確地將貨物進(jìn)行投放和放置;借助傳感裝置，機(jī)器人可以判斷倉位是否空置。在數(shù)字控制下，一些半成品、毛坯等可以保管在倉庫相應(yīng)位置中，在機(jī)器人放置時(shí)，產(chǎn)品和毛坯的基本信息同時(shí)完成記錄，以便于管理人員的調(diào)運(yùn)查看。另外，堆垛機(jī)是倉庫管理的重要構(gòu)成部分。倉庫管理中，堆垛機(jī)可以進(jìn)行直線導(dǎo)向和軸向驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人以堆垛機(jī)設(shè)置的直向軸向路線，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

3.3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。

3.4車間控制

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，對(duì)車間進(jìn)行整體控制十分重要。機(jī)器人數(shù)字化車間設(shè)置了整體控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)下，車間內(nèi)各信息才能實(shí)現(xiàn)共享以及有效互達(dá)?？刂葡到y(tǒng)不僅對(duì)車間整體起控制作用，還在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起到監(jiān)督、信息互達(dá)等作用。比如，控制系統(tǒng)可以在倉庫管理中幫助機(jī)器人利用觸摸屏控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)線的通信;可以根據(jù)不同用戶限開設(shè)不同的權(quán)限。另外，控制系統(tǒng)還能在機(jī)器人數(shù)字化車間某單元出現(xiàn)問題時(shí)彈出提示信息，并且設(shè)有相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，提醒工作人員及時(shí)維修。

結(jié)語

基于信息技術(shù)的發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)要求的提升，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于智能制造領(lǐng)域，取得了良好的生產(chǎn)效益。但是，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用上仍存在技術(shù)、人才、管理方面的缺陷，需予以研究，從而提高工業(yè)機(jī)器人使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]戴家鵬.工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的角色[J].Engineering，2018，4（04）：27-39.

[2]魏大巍.智能機(jī)器人數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用探討[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018，45;308（06）：203.