工業(yè)機器人在裝配自動化生產(chǎn)線中的應用

文｜潘勇鑫

一、引言

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)正在向智能制造轉型升級，工業(yè)機器人作為一種新型的工業(yè)機械，將其用于工業(yè)領域中，能夠促進裝備制造業(yè)的發(fā)展，為企業(yè)的實際生產(chǎn)提供便利。在實際生產(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會因為生產(chǎn)疲勞或者技術不熟練導致生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)不能夠保證。通過工業(yè)機器人與機器視覺相結合，并與PLC通信實現(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)機器人概述

（一）工業(yè)機器人的定義

工業(yè)機器人是廣泛應用于工業(yè)領域的機器人，是一種多關節(jié)機械手或者多自由度的機器裝置，可通過自身的動力和控制系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)中的各類加工功能，被廣泛應用于汽車、電子等工業(yè)領域中。在目前的工業(yè)加工中，一般是先對工業(yè)機器人運行程序進行設置，保證它的動作流程與加工流程相符合，而工業(yè)機器人的預定功能需要用控制系統(tǒng)對其進行控制。

（二）工業(yè)機器人的結構

工業(yè)機器人包括機械部分、傳感部分及控制部分，其中機械部分屬于執(zhí)行機構。以六軸工業(yè)機器人為例，機械結構類似于人的手臂，包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端六個關節(jié)，每個關節(jié)由一個減速器和伺服電機進行驅(qū)動。傳感部分主要是對工業(yè)機器人的位置及狀態(tài)進行監(jiān)控，能夠通過傳感器、編碼器等零部件準確知曉目前工業(yè)機器人各個關節(jié)的角度，以及笛卡爾坐標位置，部分機器人在遭到撞擊阻礙時能夠停下動作，避免造成人員傷亡?？刂葡到y(tǒng)主要是對機器人的操作進行控制，通過輸入運行程序給相應的執(zhí)行機構發(fā)出信號，實現(xiàn)預置的控制功能，還可通過PLC進行信號輸入，從而控制機器人執(zhí)行相應的動作，同時保證工業(yè)機器人完成安全規(guī)范運行操作。

（三）工業(yè)機器人的特點

基于工業(yè)機器人的結構以及功能，它主要具備以下特點：

1. 生產(chǎn)效率高

對于重復性的工作，人工操作需要耗費大量人力。并且長時間工作會使人疲勞，但是工業(yè)機器人不知疲累，能夠24小時不間斷進行工作。

2.智能化水平高。

工業(yè)機器人能夠?qū)|(zhì)量進行跟蹤，在線實時的反應數(shù)據(jù)并及時做出修改調(diào)整。

3.安全性高

在生產(chǎn)過程中工業(yè)機器人只要預先設置好的程序沒有錯誤，后續(xù)工作基本不會造成安全事故。

4.易于管理

通過與大數(shù)據(jù)技術進行結合，工廠能夠清晰地看到每天的生產(chǎn)情況，從而更好地進行生產(chǎn)計劃。

三、工業(yè)機器人在裝配自動化生產(chǎn)線中的設計要點

（一）系統(tǒng)組成設計

在裝配自動化生產(chǎn)線中應用工業(yè)機器人時，要針對生產(chǎn)工藝流程設計機器人的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由上料系統(tǒng)、識別系統(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、預置工位等組成，AGV要確保準確進入原料倉庫進行取料并到達預置工位。識別系統(tǒng)由安裝在工業(yè)機器人上的工業(yè)相機來進行工作，控制工業(yè)機器人到達識別位置，工業(yè)相機根據(jù)訂單要求的任務進行識別拍照并把坐標信息發(fā)送給工業(yè)機器人，達到訂單化生產(chǎn)。裝配系統(tǒng)由工業(yè)機器人、裝配平臺、檢測平臺等組成，工業(yè)機器人通過識別系統(tǒng)反饋的信息，準確拾取相應工件，工業(yè)機器人到達裝配平臺進行訂單對應的裝配工作，裝配完成后對裝配的質(zhì)量進行檢測，合格則通過控制系統(tǒng)把相應信息傳送到入庫系統(tǒng)。入庫系統(tǒng)包括工業(yè)機器人、立體倉庫，通過裝配系統(tǒng)傳過來的信息，把合格產(chǎn)品入庫到訂單相應位置，完成工作。通過這一套的流程工作，可實現(xiàn)產(chǎn)品定制化裝配，同時利用識別系統(tǒng)和檢測功能，對工作流程進行監(jiān)控并控制生產(chǎn)質(zhì)量。

（二）平臺結構設計

為了實現(xiàn)工業(yè)機器人的智能化控制，在系統(tǒng)中加入中控軟件系統(tǒng)，現(xiàn)場使用西門子觸摸屏，構成人機交互平臺。其中，觸摸屏功能要求具備各相關功能模塊的操作信息、報警信息、相關信息參數(shù)等，能夠在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)流程進行監(jiān)控并單獨操作，通過數(shù)據(jù)整合后把相應的數(shù)據(jù)上傳云端，這一平臺便于專業(yè)人員能快速針對突發(fā)問題提出相應的解決對策，有效保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，提高生產(chǎn)效率，同時能夠?qū)φ麄€產(chǎn)品的訂單數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)進度進行相應監(jiān)控，便于企業(yè)及時做出生產(chǎn)調(diào)整及訂單交付等工作。

（三）仿真模擬設計

由于在實際工作中工業(yè)機器人的操作環(huán)境較為復雜，容易出現(xiàn)誤傷情況，所以需要通過建立仿真模擬調(diào)試模型來對工業(yè)機器人進行運行調(diào)試以及對生產(chǎn)流程進行驗證，使整個系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定安全運行?？梢酝ㄟ^三維軟件NX對整個系統(tǒng)進行仿真運動，在對工業(yè)機器人進行仿真模擬調(diào)試的過程中，通過PLC仿真軟件使仿真的工業(yè)機器人進行相應工作流程，根據(jù)仿真模擬結果，對細節(jié)部分進行調(diào)整。仿真模擬可以在正式投入生產(chǎn)前對工作站進行優(yōu)化改進，避免真實生產(chǎn)時造成經(jīng)濟損失，而且通過仿真模擬調(diào)試也可以節(jié)省實際調(diào)試時間。

四、工業(yè)機器人在裝配自動化生產(chǎn)線中的應用

（一）控制系統(tǒng)中的應用

在裝配自動化生產(chǎn)線中，控制系統(tǒng)是核心應用之一，在應用時，工業(yè)機器人與控制系統(tǒng)互相連接，控制系統(tǒng)控制工業(yè)機器人何時動作，機器人反饋動作完成及相關加工信息給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則對下一步動作進行指示，完成整個裝配任務。控制系統(tǒng)對自動化生產(chǎn)線起到了保障作用，它可以對生產(chǎn)流程中各工作流程以及環(huán)節(jié)中所需進行的動作做詳細的規(guī)劃和設計，同時也對各個系統(tǒng)間的連接方式做出合理安排，還可以對控制及操作過程中出現(xiàn)的問題及時處理并提供相應數(shù)據(jù)給工作人員。

（二）人機交互系統(tǒng)中的應用

在整個生產(chǎn)流程中，人機交互的任務及信息量非常大，通過該交互平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機器人與計算機的全面交互控制。計算機通過工業(yè)機器人控制工作站，對生產(chǎn)線上各工位進行監(jiān)控，能夠在工作流程中，對工業(yè)機器人的運行情況及生產(chǎn)線的工作情況實時監(jiān)控，并在生產(chǎn)中采用中控軟件進行數(shù)據(jù)處理、存儲和檢索，對生產(chǎn)訂單進行實施跟蹤。利用人機交互系統(tǒng)可批量生產(chǎn)也可定制生產(chǎn)，實現(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)中的應用

裝配系統(tǒng)是整個生產(chǎn)線所要完成的主要任務，通過工業(yè)機器人完成產(chǎn)品的裝配工作，該部分主要由工業(yè)機器人、裝配平臺構成，裝配平臺還設有檢測傳感器便于檢測裝配質(zhì)量。工業(yè)機器人在裝配系統(tǒng)中要完成上料、裝配、檢測的工作，通過識別系統(tǒng)所傳送的信息工業(yè)機器人對所需工件進行準確抓取，并正確裝配到減速器對應位置，如果在裝配過程中缺少零部件或者零部件有損壞，則先反饋相應信息給控制系統(tǒng)，安排AGV小車重新取原料，實現(xiàn)信息交互。

（四）入庫系統(tǒng)中的應用

在入庫時，工業(yè)機器人將合格的成品搬運到中轉倉位，并通過訂單要求將中轉倉位的成品搬運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，并將相應的入庫信息及出庫信息顯示出來，便于管理者對產(chǎn)品進行管理。通過工業(yè)機器人在入庫系統(tǒng)中的應用，可以實現(xiàn)無人化倉庫，節(jié)省人力資源，提高工作效率。

五、結語

工業(yè)機器人在裝配生產(chǎn)線中的應用，很大程度上提高了生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)質(zhì)量，同時減少了以前人力所做的重復性工作，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)轉為智能制造生產(chǎn)已然成為發(fā)展趨勢，工業(yè)機器人作為多學科交叉的新型工業(yè)設備，對它的研究應用對我國的工業(yè)科技發(fā)展有著非常大的意義，同時有著寬廣的前景和市場。