工業(yè)機器人在汽車智能制造中應(yīng)用
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摘要：智能化發(fā)展是當前很多汽車制造企業(yè)探索的新路徑。工業(yè)機器人便是在此環(huán)境下產(chǎn)生的，在汽車智能制造中應(yīng)用范圍越來越廣泛，不僅降低了人工成本，而且在我國工業(yè)制造能力提升方面發(fā)揮了較好助推力。本文通過對工業(yè)機器人特點及應(yīng)用優(yōu)勢進行分析，在此基礎(chǔ)之上研究汽車智能制造中工業(yè)機器人的構(gòu)成，重點探討了工業(yè)機器人技術(shù)在零部件搬運、車體焊接、噴漆和涂膠、汽車裝配、檢測方面的具體應(yīng)用，指明了工業(yè)機器人技術(shù)在汽車智能制造中未來發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人技術(shù)；汽車智能制造；應(yīng)用
0引言
隨著中國經(jīng)濟的快速增長，為汽車制造業(yè)發(fā)展提供了較好的環(huán)境，推動了其轉(zhuǎn)型升級的步伐，由原來的生產(chǎn)型逐漸向智能化轉(zhuǎn)變。汽車制造業(yè)屬于技術(shù)密集、勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)對于零部件制造精準度、質(zhì)量要求較高，也正是由于其制造的特殊性，決定了汽車制造過程中先進技術(shù)應(yīng)用的重要作用。特別是最近幾年，隨著消費者對于汽車數(shù)量需求量日益增大，消費市場環(huán)境逐步規(guī)范的背景下，汽車制造業(yè)為了滿足消費者多元化需求，開始將工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，通過此方法促進產(chǎn)業(yè)效能的提升，實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低，使企業(yè)能夠日益激烈的市場競爭中占據(jù)有利的發(fā)展地位?；诖?，本文重點針對工業(yè)機器人技術(shù)在汽車智能制造中的應(yīng)用進行了深入分析，希望為汽車制造行業(yè)生產(chǎn)效率的提升提供創(chuàng)新思路。
1工業(yè)機器人技術(shù)特點及應(yīng)用優(yōu)勢
1．1工業(yè)機器人技術(shù)特點
1．1．1靈活度較高。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，工業(yè)機器人應(yīng)用的范圍較廣，操作簡單，只要根據(jù)具體情況進行相應(yīng)的調(diào)整以及微小改動，便可以在較短時間內(nèi)快速進入到工作狀態(tài)。如果與傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)制造過程中使用的焊接機相比較，焊接工業(yè)機器人靈活度較高，適應(yīng)性較強，在不同的生產(chǎn)環(huán)境下都能夠?qū)⒐ぷ魅蝿?wù)順利完成。通常情況下，焊接機只能針對某一固定類型車型進行焊接，工業(yè)機器人則可以通過內(nèi)部程序的改變，調(diào)整使用工具，便可以完成不同類型汽車加工與制造。所以工業(yè)機器人較高的的靈活度是傳統(tǒng)焊接機無法相提并論的，為此在時代發(fā)展進程中，必然會取代焊接機，被廣泛的應(yīng)用到汽車制造過程中。1．1．2工作效率較高。汽車智能制造中，工業(yè)機器人的應(yīng)用最為突出的優(yōu)勢便是改進了生產(chǎn)方式，彌補了原來加工中的缺陷與不足。比如汽車制造中會涉及到一些較大尺寸，而且較高質(zhì)量要求的零部件，如果采用傳統(tǒng)人工搬運的方法，工作效率會很低，并且危險系數(shù)較大，不僅會破壞到零部件功能，而且極易造成人員傷害，這些較大體積的零部件便可以由工業(yè)機器人來完成搬運工作，機器人能夠承受1t重量，只需要提前將充電工作做好即可，便能夠長時間不間斷工作，大幅度提高了汽車制造及生產(chǎn)效率。
1．2應(yīng)用優(yōu)勢
科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，在工業(yè)化時代發(fā)揮了非常重要的作用，其優(yōu)勢也是人們有目共睹的。當今社會，依然是科學技術(shù)占據(jù)主導地位，工業(yè)機器人的產(chǎn)生便充分體現(xiàn)了技術(shù)得天獨厚的優(yōu)勢，其以不同類型外界感知、控制系統(tǒng)為依據(jù)，借助機器人智能化系統(tǒng)集成技術(shù)，在無人的情況下完成了加工與生產(chǎn)任務(wù)，機械取代了人工，促進了制造業(yè)工作質(zhì)量、效率的提高，實現(xiàn)了自動化操作與生產(chǎn)。工業(yè)機器人技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主體體現(xiàn)在智能化、安全性高以及低成本三個層面。在計算機技術(shù)的支持下，工業(yè)機器人可將人類語言聽懂，快速完成產(chǎn)品組件，即使復雜的操作對于機器人而言也是非常簡單的。在汽車制造行業(yè)會涉及到諸多細小零部件，人工很難完成，而機器人便可以利用其智能化程序?qū)⑦@些零部件精準化組合，這也充分體現(xiàn)了工業(yè)機器人智能化優(yōu)勢。在工廠生產(chǎn)過程中有很多工序危險系數(shù)較高，人工操作極易出現(xiàn)誤差，例如工作流程不熟悉，疲勞工作等，進而引發(fā)了安全生產(chǎn)重大隱患，而工業(yè)機器人的應(yīng)用便能夠?qū)⑦@些問題解決。除此之外，工業(yè)機器人的出現(xiàn)，減低了人力成本，在社會發(fā)展進程中，人的參與是非常重要的，人在工作過程中為企業(yè)、社會創(chuàng)造價值的同時，也在很大程度上消耗了較多的資源。如果站在企業(yè)長遠發(fā)展的視角下，每一個員工都是企業(yè)的人力成本，當人力成本與人力創(chuàng)造的價值相比，占比較大時，企業(yè)就會想辦法采用多種渠道將人力成本降低，或者促進人力價值的增加。而工業(yè)機器人的應(yīng)用便是人力成本降低非常好的方法。企業(yè)使用員工需要投入的成本有基本工資、福利待遇、社會保險費用，職工教育費用、勞動保護費用、職工住房費用、其他人工成本等，但是如果使用工業(yè)機器人僅需要投入購機成本、安裝費用、運行電費以及維修保養(yǎng)費用。由此可見，工業(yè)機器人的應(yīng)用需要企業(yè)投入的成本相對較低一些。
2．1執(zhí)行系統(tǒng)
此系統(tǒng)主要是通過機械部件實現(xiàn)不同類型運動的操作，包括手部、腕部、臂部及機身四部分。其中手部機械部件主要用于工件、工具抓取，也有部分工業(yè)機器人操作過程中使用的噴槍、焊槍等和手是連接在一起的，不需要單獨設(shè)計手部；腕部連接的是臂部和手部，主要對手部動作進行控制，也有些機器人不會設(shè)置腕部，手與臂連接在一起；臂部主要是控制部與腕的運動范圍；機身是手臂部件的支撐體，驅(qū)動裝置設(shè)計在了機身部位，其中包括底電力裝置，也有些機器人會安裝專用機械手，主機附屬裝備是臂部，會將其直接安裝于主機上。
2．2驅(qū)動系統(tǒng)
此系統(tǒng)功能在于將動力源源不斷的輸送給不同的機械部件，根據(jù)驅(qū)動不同的動力源，劃分為液壓式、氣壓式、電氣式、機械式四種類型，而且不同的驅(qū)動系統(tǒng)，傳動方式也有所不同。液壓式驅(qū)動系統(tǒng)主要構(gòu)成元素是油泵、油箱、電磁閥及油缸等。最大的優(yōu)勢便是易操作、力度大、占用的空間較小、動作穩(wěn)定，具備較強耐沖性、耐振動性；缺點是極易出現(xiàn)漏油事件，進而使整個系統(tǒng)工作效率受到影響，成本高。氣壓式驅(qū)動系統(tǒng)由空氣壓縮機、儲氣罐、氣缸、氣閥等組成，優(yōu)點是方便維修與保養(yǎng)、氣源簡單、速度較快、低成本、安全性較高；缺點是體積大、操作力度較小，多使用空氣驅(qū)動，所以速度缺乏平穩(wěn)性，操作時易存在較大沖擊誤差，臂力小，低于300N。電氣式驅(qū)動系統(tǒng)由電機提供驅(qū)動力，優(yōu)點是獲取電源較為方便，信號傳輸快，也是當前使用較多的驅(qū)動系統(tǒng)之一；使用時需要采用減速器，AC伺服電機、DC伺服電機、步進電機等是此驅(qū)動系統(tǒng)常用的電機類型。機械式驅(qū)動系統(tǒng)主要由連桿、齒輪齒條、電機等設(shè)備組成，傳動性較好，多應(yīng)用于操作較為簡單的機械手中，結(jié)構(gòu)簡單，但是操作時精準度低。
2．3控制系統(tǒng)
此系統(tǒng)功能用于指揮，對驅(qū)動系統(tǒng)進行有效控制，根據(jù)提前設(shè)置好的操作步驟完成相應(yīng)的工作任務(wù)，控制方式主要包括集中及分散兩種形式。此系統(tǒng)由控制總線構(gòu)成，也有些體積較小的設(shè)備設(shè)置了IO、變頻器、氣閥等，主要也是通過總結(jié)完成信息交互，也有些重型設(shè)備，比如人機界面、機器人、PLC通信等借助Ethemet總結(jié)實現(xiàn)合理布局與設(shè)計。一般情況下PLC模塊是系統(tǒng)控制核心，有些擁有人機交互界面，能夠?qū)缶盘栵@示出來，或者對機器人當前工作狀態(tài)等信息進行呈現(xiàn)。
2．4智能系統(tǒng)
在工業(yè)機器人應(yīng)用過程中，此系統(tǒng)發(fā)展速度較快，主要劃分為了分析與決策、感知兩部分，分析與決策系統(tǒng)主要采用的是軟件設(shè)備，感知系統(tǒng)則借助不同類型的硬件設(shè)備，多為傳感器，其中六維力感覺傳感器應(yīng)用最多，主要安裝于手部，對手部三個方向的力、力矩感知。裝配作業(yè)中，力與力矩應(yīng)用較為廣泛，在傳感器作用下感知力量，進而快速反饋，及時將姿勢進行調(diào)整，能夠大幅度減小裝配時的誤差，有利于生產(chǎn)質(zhì)量提升。
3工業(yè)機器人技術(shù)在汽車智能制造中的具體應(yīng)用
3．1零部件搬運
汽車制造過程中，零部件搬運是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工序之一，傳統(tǒng)制造中主要是由人工來完成，但是很多汽車零部件體積很大，如果依然由人工搬運，費時費力，而且安全性較低，極易導致零部件受損。應(yīng)用工業(yè)機器人，能夠?qū)⒋藛栴}解決，機器人可以不休息，連續(xù)性的完成裝卸、搬運、碼垛等工作，與傳統(tǒng)人工搬運相比較，不僅速度較快，零部件受損率降低，而且搬運時動作穩(wěn)當，可將零部件根據(jù)指令準確運至相應(yīng)位置。但是需要注意的是，為確保機器人能夠精準搬運零部件，操作人員需要提前根據(jù)要求將不同類型的搬運工具安裝至機器人恰當部位，并設(shè)置好位置程序。待以上操作完成以后，機器人便能夠根據(jù)程序要求完成自動化搬運工作。汽車智能制造中，工業(yè)機器人在搬運過程中的應(yīng)用，一方面可以降低人工成本及安全事件發(fā)生幾率，另一方面使工作人員工作量減少。
3．2車體焊接
汽車制造中車體焊接多采用的是點焊與弧焊技術(shù)，機器人進行車體焊接之前，需要工作人員將相應(yīng)的焊接工具安裝到位，并設(shè)置焊接程序。設(shè)置完成以后，機器人便可以開始工作，整個過程無需人工參與，完全是自動化的焊接。機器人不僅可以使用點焊、弧焊兩種技術(shù)，而且能夠?qū)煞N技術(shù)混合在一起使用。使用點焊技術(shù)過程中，需要工作人員為機器人提前設(shè)置自動點擊修磨器，目的就是為了利用好自動修復功能。使用弧焊技術(shù)時，工作人員則要將智能傳感器安裝至機器人相應(yīng)部位，確保焊接工作能夠嚴格依據(jù)提前設(shè)置好的流程完成焊接任務(wù)，促進車體焊接工作效率及質(zhì)量的提升。
3．3噴漆和涂膠
汽車噴漆與涂膠過程中，應(yīng)用工業(yè)機器人優(yōu)勢較為明顯，不僅能夠?qū)⑼苛暇鶆虻膰姙⒃谲嚿砩?，而且可通過運用防爆功能，降低安全事故的發(fā)生，噴漆、涂膠工作質(zhì)量有效提升。噴漆時主要針對的是車身外部，涂膠工作重點是車身連接位置，機器人噴漆工作開始之前，工作人員要將與車型相同的噴漆工具安裝好，例如噴漆槍等等。噴漆工具安裝結(jié)束以后，將程序設(shè)定好，程序中選擇同一車型參數(shù)，設(shè)置完成以后，機器人便能夠開始工作。涂膠作業(yè)開始之前，需要將相應(yīng)涂膠工具安裝好，例如膠槍等等。根據(jù)提前設(shè)定好的程序及步驟，對車身連接位置進行涂膠工作。工業(yè)機器人在此環(huán)節(jié)的應(yīng)用，除了基本的噴漆涂膠功能以外，還可以識別車身材質(zhì)及特性，對涂膠厚度、膠形進行自動化控制，這樣可以在很大程度上減少不必要的涂料浪費。
3．4汽車裝配
汽車裝配環(huán)節(jié)機器人主要應(yīng)用于零部件快速組裝，其中既包含著車門、車窗，同時還有發(fā)動機與儀表盤等多種類型的部件。為了保證汽車裝配時更加精準，工作人員要將各種類型傳感器安裝至機器人相應(yīng)位置，例如觸覺、視覺、聽覺等傳感器，機器人借助傳感器能夠準確識別以及抓取需要安裝的零部件，并將這些部件快速安裝于指定部位。工業(yè)機器人在汽車裝配中的應(yīng)用確保了精密性、穩(wěn)定性，裝配效率提高了，工作人員工作量減輕的同時，能夠?qū)⒏嗟木εc時間放在技術(shù)改進與研發(fā)中。
3．5汽車檢測
汽車檢測環(huán)節(jié)，工業(yè)機器人主要應(yīng)用于汽車出廠之前的檢測工作，重點是對汽車零部件尺寸進行檢測，同時還會將大量零部件進行有效歸類，方便快捷且精準可靠，無需工作人員在檢測方面花費大量時間，生產(chǎn)效率大幅度提高了。機器人要進行檢測時采用的是視覺傳感以及測驗控制模板將汽車圖像信息準確獲取，通過與模型進行比較，進而了解汽車零部件性能，主要對比的內(nèi)容有零部件實際尺寸和模型間存在的誤差，進而判斷偏差所處范圍，為后續(xù)改進提供參數(shù)。同時機器人也會對汽車撞擊進行檢測，對速率調(diào)控，進而實現(xiàn)撞擊時汽車損傷最小化，保證汽車整體性能的安全可靠性。在完成相應(yīng)檢測并合格以后，汽車才能投放市場出售，保證汽車使用更加安全。
4工業(yè)機器人技術(shù)在汽車智能制造中的發(fā)展趨勢
4．1車輛結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，探索汽車發(fā)展新思路
當前我國汽車制造過程中多使用的是金屬，極易造成環(huán)境污染。新時代新形勢新要求，國家對于環(huán)境保護越來越重視，所以汽車制造業(yè)急需尋找環(huán)保型材料取代傳統(tǒng)金屬材料，這樣才能將汽車燃油消耗降低，減少環(huán)境污染。當今汽車行業(yè)發(fā)展進程中，環(huán)保型、新能源、智能汽車引領(lǐng)了時代潮流，這也是汽車智能制造業(yè)未來發(fā)展的方向。新能源汽車制造中使用碳纖維、鋁錳合金等材料，不僅能夠使汽車重量減輕，而且環(huán)保美觀。但由于目前我國汽車智能制造、工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)正處于研發(fā)初期階段，各方面不夠成熟，不管是車身重量減輕方面，還是在使用強度方面，依然需要繼續(xù)進行研發(fā)與優(yōu)化，盡快找到更好的代替品。
4．2點焊質(zhì)量監(jiān)護管理的進一步完善與優(yōu)化
在汽車制造點焊質(zhì)量管理中，目前我國并沒有較好的自動檢測方法，因此多使用的是人工剝離檢測法。隨著汽車行業(yè)快速發(fā)展，新興點焊質(zhì)量檢測法也應(yīng)運而生，電阻式電阻焊控制器便是當前比較常用的方法之一，此檢測方法主要針對需要焊接的工作件進行二次側(cè)電流以及電源輸入以后的測試，從中獲取工件焊接參數(shù)，并及時反饋至機器人控制器中，完成計算及編程以后，將點焊電流輸出，而每一個焊點處也會將電流進行存儲，進而通過此方法獲取下一焊點焊接參考數(shù)據(jù)。通過以上操作完成對點焊質(zhì)量的高效監(jiān)護與管理，這也是汽車智能制造過程中，機器人焊接操作未來發(fā)展的趨勢。
4．3激光技術(shù)優(yōu)勢的應(yīng)用以及推廣
汽車智能制造中，工業(yè)機器人激光技術(shù)應(yīng)用處于推廣階段。激光技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多種金屬材料的焊接，而且與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，其能夠保證質(zhì)量，主要是由于激光焊接技術(shù)具備了高能量密度優(yōu)勢，產(chǎn)生熱影響的區(qū)域及范圍相對較小，待冷卻以后，部件焊接位置不易出現(xiàn)變形。而工業(yè)機器人技術(shù)與激光焊接技術(shù)結(jié)合，能夠在很大程度上進一步推動汽車智能、自動化、高效率制造。而機器人數(shù)控系統(tǒng)與激光焊接技術(shù)合理應(yīng)用，對于汽車生產(chǎn)、制造過程中焊接效率的提升非常有利，降低了誤差發(fā)生幾率，節(jié)省了人工成本，生產(chǎn)效能提高了。
5結(jié)語
社會經(jīng)濟水平日益提高，推動了消費市場的發(fā)展，人們對于汽車的需求也逐漸提升，這也在很大程度上促進了汽車制造業(yè)的發(fā)展。隨著消費者需求的多樣化，汽車制造業(yè)升級與轉(zhuǎn)型已成必然趨勢，要想滿足消費者多樣化需求，汽車制造業(yè)要轉(zhuǎn)變理念，逐漸向智能化發(fā)展。特別是當前我國市場經(jīng)濟體系日益完善，汽車制造業(yè)作為國民經(jīng)濟增長中的重要力量，發(fā)展前景較好，對于工業(yè)機器人的需求量也會越來越大，推動了工業(yè)機器人由原來的“機器”逐漸向著人進化階段發(fā)展，不僅僅只是一種特殊設(shè)備，而是在關(guān)鍵環(huán)節(jié)融入了人的思維，實現(xiàn)了相互補充。同時將機器人與傳感技術(shù)相結(jié)合，特別是在視覺融合方法，使工業(yè)機器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力不斷增強。而數(shù)字化也是工業(yè)機器人未來發(fā)展趨勢，云計算以及云存儲技術(shù)在機器人服務(wù)方面的應(yīng)用會越來越廣泛，將機器人與云端高效連接，便可以靈活運用數(shù)據(jù)中心不同的功能，例如分析、存儲相關(guān)數(shù)據(jù)等。在不久的將來，工業(yè)機器人編程以及使用會變得更加方便快捷，功能越來越齊全，不僅可以實現(xiàn)柔性臂、雙臂人機協(xié)同，而且安全性以及交互性更強。
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作者:陳峰 單位:閩江師范高等專科學校
