工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間應(yīng)用中的優(yōu)化措施

蔡麗娟 史玉紅 蔡佳麗

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)技術(shù)不斷提升，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。汽車總裝是汽車制造的最后環(huán)節(jié)，不僅需要大量的勞動(dòng)力，而且占用場(chǎng)地較大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，所以總裝生產(chǎn)效率直接關(guān)系到汽車生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用，雖然提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是還存在一些技術(shù)問(wèn)題需要解決。文章首先闡述了工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間中應(yīng)用的難點(diǎn)，然后有針對(duì)性的提出了改進(jìn)措施，這對(duì)于處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)期的汽車總裝車間而言具有重要意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;汽車總裝;定位;通用性;傳感

中圖分類號(hào)：U468? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0032-02

0? 引言

工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)工業(yè)制造裝備的代表，對(duì)于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化發(fā)展具有重要意義，所以工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)能力的高低。工業(yè)機(jī)器人是面向工業(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，既能夠按照預(yù)先編排的程序自動(dòng)執(zhí)行工作，又能夠接受人類的指揮進(jìn)行作業(yè)。汽車總裝作為汽車制造的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，需要按照設(shè)計(jì)要求將所有零部件按規(guī)定進(jìn)行裝配。因?yàn)槠嚵悴考臄?shù)量和種類較多，所以需要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力。在車型數(shù)量增加以及多車型混線生產(chǎn)的情況下，對(duì)人力成本、生產(chǎn)交貨期以及技術(shù)水平都產(chǎn)生了較大的壓力，所以對(duì)先進(jìn)裝配技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備有較高的需求度。在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下，工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用程度相對(duì)較低，所以還有較大的發(fā)展空間。工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用，有效的提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還存在各種各樣的問(wèn)題需要解決。通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，然后有針對(duì)性的對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、總裝車間生產(chǎn)布局等方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用成效。

1? 工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間應(yīng)用的難點(diǎn)

沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大車間是汽車制造中的主要環(huán)節(jié)，工業(yè)機(jī)器人在各個(gè)環(huán)節(jié)都有不同程度的應(yīng)用。在沖壓、焊裝、涂裝階段，因?yàn)樽鳂I(yè)對(duì)象相對(duì)比較固定，只需要對(duì)汽車中的某一部分進(jìn)行加工生產(chǎn)，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程度較高，集中程度和通用程度相對(duì)都更高，故生產(chǎn)效率和質(zhì)量都較強(qiáng)。但是在汽車總裝車間中，需要將數(shù)以千計(jì)的零部件按照一定的技術(shù)要求組裝成整車，工藝過(guò)程較為復(fù)雜，工序繁瑣，使用工具數(shù)量多，技術(shù)要求多，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程度相對(duì)較低。為了能夠更加廣泛的推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用程度，就需要對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的難點(diǎn)進(jìn)行分析，為技術(shù)和工藝的改進(jìn)提供有力的依據(jù)。

1.1 裝配形式導(dǎo)致定位困難

汽車產(chǎn)品所采用的裝配組織形式具體要根據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)等要求來(lái)確定，裝配形式具體包括固定式裝配和流水裝配，固定式裝配形式主要是在固定的裝配工作臺(tái)或是在工作地的固定支撐架上進(jìn)行基礎(chǔ)件安裝。流水裝配則需要借助于具體的輸送裝置，按照一定的生產(chǎn)時(shí)間要求進(jìn)行流動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)。一些規(guī)模較大的生產(chǎn)車間，一般會(huì)采用流水裝配方式。在具體裝配作業(yè)過(guò)程中，裝配對(duì)象需要根據(jù)時(shí)間流動(dòng)，輸送鏈還會(huì)存在左右擺動(dòng)或是前后竄動(dòng)的情況，位置不斷變化，這種情況下，機(jī)器人與裝配對(duì)象之前很難建立相對(duì)穩(wěn)定的位置，作業(yè)難度較大，如圖1。

1.2 零件多樣導(dǎo)致夾具接口通用性差

由于總裝車站承擔(dān)著數(shù)量龐大的零部件安裝任務(wù)，每個(gè)零部件形狀各異，安裝時(shí)需要為機(jī)器人配備專用夾具來(lái)對(duì)零件進(jìn)行夾持，這樣一臺(tái)機(jī)器人則無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種零件的安裝。再加之零部件材質(zhì)存在較大的差異，針對(duì)于剛性零部件和柔性零部件，機(jī)器人在抓取和安裝過(guò)程中都存在較大的差異性，這就導(dǎo)致機(jī)器人安裝作業(yè)過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用化。

1.3 裝配復(fù)雜降低機(jī)器人工作效率

在總裝車間零件安裝作業(yè)過(guò)程中，在車身上裝配時(shí)連接方式具有多樣性，安裝時(shí)人員裝配動(dòng)作各異，而且各零部件裝配無(wú)法通過(guò)一個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，往往是多種操作動(dòng)作的組合，這對(duì)機(jī)器人動(dòng)作模擬帶來(lái)較大的難度。不同裝配連接方式下安裝技術(shù)要求也各異，裝配過(guò)程中品質(zhì)要求也不同，這就需要在實(shí)際裝配過(guò)程中要綜合進(jìn)行判斷，部分安裝作業(yè)時(shí)需要由人手感覺(jué)對(duì)安裝力度模糊判斷，每一次裝配操作都不能完全相同，這種綜合判斷和模糊判斷會(huì)對(duì)機(jī)器人工作帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。

2? 工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間應(yīng)用的改進(jìn)措施

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。近些年來(lái)，我國(guó)汽車生產(chǎn)企業(yè)得到了快速發(fā)展，在汽車性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面都有了不同程度的提升。而汽車設(shè)計(jì)水平的提升，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致零部件種類的增加，并且車身結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)變化，由此為汽車總裝車間增加了生產(chǎn)難度。車型的增加需求更改生產(chǎn)布局和生產(chǎn)工藝，加之多車型混線生產(chǎn)又進(jìn)一步增加了生產(chǎn)難度。為了滿足汽車總裝車間的生產(chǎn)需求，提高工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程度，應(yīng)該在定位精度、夾具接口通用化以及感知技術(shù)等方面進(jìn)行改進(jìn)，切實(shí)提升汽車總裝車間生產(chǎn)效率。

2.1 改進(jìn)生產(chǎn)線上裝配車的定位精度

高精度的定位是提高機(jī)器人裝配精度的重要基礎(chǔ)，對(duì)于流動(dòng)生產(chǎn)線上裝配車體定位困難的問(wèn)題，可以將生產(chǎn)線劃分為快進(jìn)區(qū)、車位靜止區(qū)和快出區(qū)，以實(shí)現(xiàn)在連續(xù)流動(dòng)生產(chǎn)線中形成靜止作業(yè)區(qū)，以提高裝配車體定位的精度，如圖2。由于流動(dòng)生產(chǎn)線中的輸送鏈吊架或者滑板等裝置數(shù)量較多，在運(yùn)行過(guò)程中可能存在一定的精度偏差，所以在靜止區(qū)的裝配車體也可能存在定位偏差。為了解決這一問(wèn)題，可將輸送鏈中靜止區(qū)的停止擋塊由單向停止定位改為雙向定位夾緊，并且在快進(jìn)區(qū)方向設(shè)置扶正夾緊裝置，通過(guò)各種夾具或者夾持裝置來(lái)提高裝配車體的定位精度，為機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)提供更加精準(zhǔn)的定位。為了進(jìn)一步提升夾持設(shè)計(jì)的精度，可利用光柵定位、激光測(cè)距裝置、視覺(jué)識(shí)別定位裝置等測(cè)量夾緊的車位，然后將測(cè)量結(jié)果與理想原點(diǎn)位置進(jìn)行比對(duì)，將偏差值傳遞給機(jī)器人進(jìn)行修正計(jì)算，從而確定裝配車體的實(shí)際定位位置，提高定位的精準(zhǔn)度。

2.2 改進(jìn)機(jī)器人主體與夾具接口優(yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用就是為了提高生產(chǎn)效率，夾具是流動(dòng)生產(chǎn)線固定裝配車體的重要工具，但是不同位置的夾具類型不同，一個(gè)類型的夾具夾持對(duì)應(yīng)的零件，所以限制了機(jī)器人的通用性，降低了機(jī)器人的工作效率。如果在機(jī)器人的主體安裝兩到三個(gè)夾具，也只是有微小的改進(jìn)。為了提高機(jī)器人作業(yè)夾具接口的通用化，可以將數(shù)控機(jī)床中更換刀頭的理念遷移過(guò)來(lái)，在機(jī)器人本體與夾具連接部位設(shè)計(jì)為通過(guò)接口，形成標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，將機(jī)器人本體進(jìn)行多種接口設(shè)計(jì)，從而形成通用接口。在流動(dòng)生產(chǎn)線作業(yè)中，根據(jù)夾持安裝零件的需求，可將對(duì)應(yīng)的夾具與機(jī)器人本體中對(duì)應(yīng)的接口進(jìn)行快速連接。這種設(shè)計(jì)方式，既能夠縮短更換夾具的時(shí)間，又能夠提高機(jī)器人的工作效率，更加有利于流動(dòng)生產(chǎn)線的高效作業(yè)。

2.3 在機(jī)器人中應(yīng)用傳感技術(shù)和視覺(jué)識(shí)別技術(shù)

汽車總裝車間的裝配技術(shù)較為復(fù)雜，即使是對(duì)于同一零件而言也可能會(huì)涉及多種不同的工藝技術(shù)，所以對(duì)裝配技術(shù)有較高的要求。在早期的機(jī)器人作業(yè)中，一般都是按照設(shè)定的程序進(jìn)行作業(yè)，或者按照示教的軌跡來(lái)作業(yè)，基本都是簡(jiǎn)單的重復(fù)性動(dòng)作。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷優(yōu)化，在與傳感器技術(shù)相結(jié)合的情況下，能夠獲取角度、位移、速度、加速度、力和力矩等信息，然后將這些狀態(tài)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)據(jù)傳遞到控制中心，經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析后再向機(jī)器人發(fā)布相應(yīng)的指令。機(jī)器人在具備一定的感知能力后，就可以根據(jù)感知的信息對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，然后根據(jù)偏差來(lái)調(diào)整自身動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)作過(guò)程的閉環(huán)控制?，F(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人可以利用視覺(jué)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行信息感知，只需要在機(jī)器人上安裝二維或者三維攝像頭，就可以對(duì)流動(dòng)生產(chǎn)線上的裝配產(chǎn)品進(jìn)行照片拍攝，然后將照片與設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，既能夠獲取偏差信息，然后對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整，修正偏差，從而提高裝配精度。

3? 結(jié)語(yǔ)

在汽車總裝生產(chǎn)中，需要將眾多零部件按照規(guī)定要求進(jìn)行裝配，并且對(duì)裝配精度有較高的要求。一旦在總裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，即使所有零部件的質(zhì)量都合格，最終也無(wú)法滿足總裝的質(zhì)量驗(yàn)收。在我國(guó)對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下，應(yīng)該加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間的應(yīng)用，為推動(dòng)汽車總裝車間的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。機(jī)器人在汽車總裝車間應(yīng)用的初始階段會(huì)面臨很多問(wèn)題，比如定位精度不準(zhǔn)、夾具接口通用性不強(qiáng)、機(jī)器人感知性能不佳等。但是隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)器人在深度學(xué)習(xí)和模糊判斷算法等人工智能技術(shù)的支持下，在汽車總裝車間中的技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越成熟，也能夠更加靈活的應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的生產(chǎn)狀況，為促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人在汽車總裝車間應(yīng)用技術(shù)的提升創(chuàng)造有利的條件。

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