工業(yè)機(jī)器人在裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

潘勇鑫

一、引言

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)正在向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，工業(yè)機(jī)器人作為一種新型的工業(yè)機(jī)械，將其用于工業(yè)領(lǐng)域中，能夠促進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展，為企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)提供便利。在實(shí)際生產(chǎn)中由于減速器生產(chǎn)裝配精度要求高，目前大多是人工裝配，生產(chǎn)效率低而且由于人工有時(shí)會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)疲勞或者技術(shù)不熟練導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)不能夠保證。通過工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器視覺相結(jié)合，并與PLC通信實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，可提高生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，節(jié)省人力資源。

二、工業(yè)機(jī)器人概述

（一）工業(yè)機(jī)器人的定義

工業(yè)機(jī)器人是廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人，是一種多關(guān)節(jié)機(jī)械手或者多自由度的機(jī)器裝置，可通過自身的動(dòng)力和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)中的各類加工功能，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域中。在目前的工業(yè)加工中，一般是先對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行程序進(jìn)行設(shè)置，保證它的動(dòng)作流程與加工流程相符合，而工業(yè)機(jī)器人的預(yù)定功能需要用控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制。

（二）工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人包括機(jī)械部分、傳感部分及控制部分，其中機(jī)械部分屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以六軸工業(yè)機(jī)器人為例，機(jī)械結(jié)構(gòu)類似于人的手臂，包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端六個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)減速器和伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳感部分主要是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的位置及狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，能夠通過傳感器、編碼器等零部件準(zhǔn)確知曉目前工業(yè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，以及笛卡爾坐標(biāo)位置，部分機(jī)器人在遭到撞擊阻礙時(shí)能夠停下動(dòng)作，避免造成人員傷亡?？刂葡到y(tǒng)主要是對(duì)機(jī)器人的操作進(jìn)行控制，通過輸入運(yùn)行程序給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)預(yù)置的控制功能，還可通過PLC進(jìn)行信號(hào)輸入，從而控制機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)保證工業(yè)機(jī)器人完成安全規(guī)范運(yùn)行操作。

（三）工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

基于工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)以及功能，它主要具備以下特點(diǎn)：

1. 生產(chǎn)效率高

對(duì)于重復(fù)性的工作，人工操作需要耗費(fèi)大量人力。并且長時(shí)間工作會(huì)使人疲勞，但是工業(yè)機(jī)器人不知疲累，能夠24小時(shí)不間斷進(jìn)行工作。

2.智能化水平高。

工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)|(zhì)量進(jìn)行跟蹤，在線實(shí)時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)并及時(shí)做出修改調(diào)整。

3.安全性高

在生產(chǎn)過程中工業(yè)機(jī)器人只要預(yù)先設(shè)置好的程序沒有錯(cuò)誤，后續(xù)工作基本不會(huì)造成安全事故。

4.易于管理

通過與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，工廠能夠清晰地看到每天的生產(chǎn)情況，從而更好地進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃。

三、工業(yè)機(jī)器人在裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

在裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人時(shí)，要針對(duì)生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由上料系統(tǒng)、識(shí)別系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、入庫系統(tǒng)等組成。其中，上料系統(tǒng)主要由AGV小車、預(yù)置工位等組成，AGV要確保準(zhǔn)確進(jìn)入原料倉庫進(jìn)行取料并到達(dá)預(yù)置工位。識(shí)別系統(tǒng)由安裝在工業(yè)機(jī)器人上的工業(yè)相機(jī)來進(jìn)行工作，控制工業(yè)機(jī)器人到達(dá)識(shí)別位置，工業(yè)相機(jī)根據(jù)訂單要求的任務(wù)進(jìn)行識(shí)別拍照并把坐標(biāo)信息發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人，達(dá)到訂單化生產(chǎn)。裝配系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人、裝配平臺(tái)、檢測(cè)平臺(tái)等組成，工業(yè)機(jī)器人通過識(shí)別系統(tǒng)反饋的信息，準(zhǔn)確拾取相應(yīng)工件，工業(yè)機(jī)器人到達(dá)裝配平臺(tái)進(jìn)行訂單對(duì)應(yīng)的裝配工作，裝配完成后對(duì)裝配的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，合格則通過控制系統(tǒng)把相應(yīng)信息傳送到入庫系統(tǒng)。入庫系統(tǒng)包括工業(yè)機(jī)器人、立體倉庫，通過裝配系統(tǒng)傳過來的信息，把合格產(chǎn)品入庫到訂單相應(yīng)位置，完成工作。通過這一套的流程工作，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化裝配，同時(shí)利用識(shí)別系統(tǒng)和檢測(cè)功能，對(duì)工作流程進(jìn)行監(jiān)控并控制生產(chǎn)質(zhì)量。

（二）平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的智能化控制，在系統(tǒng)中加入中控軟件系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)使用西門子觸摸屏，構(gòu)成人機(jī)交互平臺(tái)。其中，觸摸屏功能要求具備各相關(guān)功能模塊的操作信息、報(bào)警信息、相關(guān)信息參數(shù)等，能夠在生產(chǎn)過程中對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控并單獨(dú)操作，通過數(shù)據(jù)整合后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳云端，這一平臺(tái)便于專業(yè)人員能快速針對(duì)突發(fā)問題提出相應(yīng)的解決對(duì)策，有效保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠?qū)φ麄€(gè)產(chǎn)品的訂單數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)控，便于企業(yè)及時(shí)做出生產(chǎn)調(diào)整及訂單交付等工作。

（三）仿真模擬設(shè)計(jì)

由于在實(shí)際工作中工業(yè)機(jī)器人的操作環(huán)境較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)誤傷情況，所以需要通過建立仿真模擬調(diào)試模型來對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試以及對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行驗(yàn)證，使整個(gè)系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定安全運(yùn)行?？梢酝ㄟ^三維軟件NX對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)，在對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行仿真模擬調(diào)試的過程中，通過PLC仿真軟件使仿真的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)工作流程，根據(jù)仿真模擬結(jié)果，對(duì)細(xì)節(jié)部分進(jìn)行調(diào)整。仿真模擬可以在正式投入生產(chǎn)前對(duì)工作站進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，避免真實(shí)生產(chǎn)時(shí)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且通過仿真模擬調(diào)試也可以節(jié)省實(shí)際調(diào)試時(shí)間。

四、工業(yè)機(jī)器人在裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

（一）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線中，控制系統(tǒng)是核心應(yīng)用之一，在應(yīng)用時(shí)，工業(yè)機(jī)器人與控制系統(tǒng)互相連接，控制系統(tǒng)控制工業(yè)機(jī)器人何時(shí)動(dòng)作，機(jī)器人反饋動(dòng)作完成及相關(guān)加工信息給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則對(duì)下一步動(dòng)作進(jìn)行指示，完成整個(gè)裝配任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線起到了保障作用，它可以對(duì)生產(chǎn)流程中各工作流程以及環(huán)節(jié)中所需進(jìn)行的動(dòng)作做詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)各個(gè)系統(tǒng)間的連接方式做出合理安排，還可以對(duì)控制及操作過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)處理并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)給工作人員。

（二）人機(jī)交互系統(tǒng)中的應(yīng)用

在整個(gè)生產(chǎn)流程中，人機(jī)交互的任務(wù)及信息量非常大，通過該交互平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)的全面交互控制。計(jì)算機(jī)通過工業(yè)機(jī)器人控制工作站，對(duì)生產(chǎn)線上各工位進(jìn)行監(jiān)控，能夠在工作流程中，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行情況及生產(chǎn)線的工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在生產(chǎn)中采用中控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和檢索，對(duì)生產(chǎn)訂單進(jìn)行實(shí)施跟蹤。利用人機(jī)交互系統(tǒng)可批量生產(chǎn)也可定制生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)訂單化、小型化、數(shù)字化工業(yè)生產(chǎn)流程，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

（三）裝配系統(tǒng)中的應(yīng)用

裝配系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線所要完成的主要任務(wù)，通過工業(yè)機(jī)器人完成產(chǎn)品的裝配工作，該部分主要由工業(yè)機(jī)器人、裝配平臺(tái)構(gòu)成，裝配平臺(tái)還設(shè)有檢測(cè)傳感器便于檢測(cè)裝配質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人在裝配系統(tǒng)中要完成上料、裝配、檢測(cè)的工作，通過識(shí)別系統(tǒng)所傳送的信息工業(yè)機(jī)器人對(duì)所需工件進(jìn)行準(zhǔn)確抓取，并正確裝配到減速器對(duì)應(yīng)位置，如果在裝配過程中缺少零部件或者零部件有損壞，則先反饋相應(yīng)信息給控制系統(tǒng)，安排AGV小車重新取原料，實(shí)現(xiàn)信息交互。

（四）入庫系統(tǒng)中的應(yīng)用

在入庫時(shí)，工業(yè)機(jī)器人將合格的成品搬運(yùn)到中轉(zhuǎn)倉位，并通過訂單要求將中轉(zhuǎn)倉位的成品搬運(yùn)到指定的倉庫位置并記錄。完成入庫后把記錄好的信息傳送到中控平臺(tái)，并將相應(yīng)的入庫信息及出庫信息顯示出來，便于管理者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行管理。通過工業(yè)機(jī)器人在入庫系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)無人化倉庫，節(jié)省人力資源，提高工作效率。

五、結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人在裝配生產(chǎn)線中的應(yīng)用，很大程度上提高了生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)減少了以前人力所做的重復(fù)性工作，在目前的裝備制造業(yè)中起到了不可或缺的作用。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)為智能制造生產(chǎn)已然成為發(fā)展趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人作為多學(xué)科交叉的新型工業(yè)設(shè)備，對(duì)它的研究應(yīng)用對(duì)我國的工業(yè)科技發(fā)展有著非常大的意義，同時(shí)有著寬廣的前景和市場(chǎng)。

作者單位：貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造與裝備系