工業機器人在汽車制造領域的應用

金嘉琦，徐振偉，朱力勇，馬佰勝，劉暢

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110870）

工業機器人在汽車制造領域的應用

金嘉琦，徐振偉，朱力勇，馬佰勝，劉暢

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110870）

隨著機器人的不斷發展和技術水平日臻成熟，越來越多的滲透到各個領域，尤其是在汽車生產制造的工藝中起到重要作用。汽車工業的發展，在一定程度上反映了一個國家的制造業水平。所以在介紹工業機器人系統組成的基礎上，對機器人在汽車制造中的應用進行分析，對提高汽車制造水大有裨益。

工業機器人；汽車制造；汽車車身

KCLC NO.:TP278Document Code:AArticle ID:1671-7988(2017)03-46-02

前言

機器人是集合了機械、電氣、電子、計算機、控制、傳感器、人工智能等多門科學的適用于現代化制造的綜合型自動化裝備?，F階段，工業機器人發展異常迅速，技術也非常成熟，已應用到汽車生產、航空航天、金屬加工、電子電氣、礦山開采等多個工業領域，可以實現代替涵蓋如焊接、搬運、碼垛、噴涂、裝配、檢測等多方位的人工作業功能。

在工業機器人所有應用領域中，汽車行業機器人的應用占到整體市場份額的60%以上。隨著“中國制造2025”戰略規劃的提出，對工業機器人及其應用領域的發展提出了更高的要求。所以深入了解工業機器人的結構功能以及在汽車制造中的應用情況，對汽車行業的發展起著至關重要的作用。

1、工業機器人概述

1.1 工業機器人的系統組成

標準工業機器人（以KUKA機器人為例）由以下三部分組成：

圖1 工業機器人組成部分

（1）機械手即機器人本體。機械手是機器人的機械系統主體。它是由六個活動的、相互連接在一起的關節（軸）組成的，也稱為六軸機器人。各個軸的運動通過伺服電機來進行針對性的調控而實現，伺服電機通過減速器與機械手各部件相連。機械系統的部件主要由鑄鋁和鑄鋼制成。機器人本體是完成各項工作及工業生產的基礎部分，在投入使用之前通常對機械手進行調試和檢測，保證機器人結構完成、運行正常。

（2）控制柜。機器人的機械系由伺服電機控制運動，而伺服電機則由機器人的控制系統進行控制?？刂葡到y的主要功能是通過連接計算機程序發送指令進而對專用控制器進行控制，驅動電機運動，以實現工業機器人在空間中的位置和姿態的改變。

（3）示教器。示教器即機器人人機交互界面，主要通過對示教器的操作來控制機器人機械系統的運動。目前工業使用最為普遍的為示教機器人，通過示教器儲存輸入機器人的運動軌跡生成運動程序，在通過再現模式運行儲存的程序，完成示教再現的過程。

所有不包括工業機器人系統之內的設備統稱為外部設備，包括工具（焊槍、抓手、噴槍等）、保護裝置、夾具等等。

1.2 工業機器人的特點

工業機器人具有以下特點：

（1）柔性高。與傳統的汽車生產常用焊機相比，機器人的柔性更強，對不同的車型和不同汽車部位的焊接只需要更改運行程序即可完成。

（2）可靠性高。以KUKA機器人為例，其重復精度最高可達0.02mm，而且不會出現人工操作的焊接變形等問題，可使汽車具有更好的表面質量。在車身噴涂方面，可以按照標準軌跡和涂膠量進行涂膠，并快速均勻的完成作業。

（3）功能性強。汽車生產中，車身部分工件重量較高，人工很難完成搬運和定位，而工業機器人的最高負載可達到1000KG。同時機器人可以實現24小時不停機工作，大大提高工作效率。

2、工業機器人在汽車制造中的應用

工業機器人在汽車生產的沖壓、車身焊接、噴涂、總裝等四大生產工藝都有廣泛的應用，主要包括搬運、焊接、涂膠噴漆和車體裝配等工作。下面是工業機器人在汽車制造的幾種應用方式。

（1）機器人搬運。工業機器人末端法蘭盤安裝執行裝置，方便快速的從指定位置抓取零部件并精確搬運定位到指定工位，搬運過程中不會對零部件進行損壞。根據工件的不同形狀和不同狀態，機器人末端可以安裝不同的執行器。

（2）機器人點焊。點焊技術在汽車車身制造中占據主要地位，車身焊接的路徑規劃是工作人員進行焊接工藝的一個主要問題。工業機器人安裝不同的焊槍運行不同的程序，可以對車身的各種位置和不同的部件進行焊接，具有較高的焊接精度和重復精度。隨著汽車制造技術的發展，工業機器人與焊接技術的結合的效果也越來越好。

（3）機器人弧焊。機器人弧焊裝置是在機器人本體安裝送絲裝置，通過傳感器在計算機的控制下進行點位運動和連續軌跡運動，同時可以利用機器人直線插補和圓弧插補的功能來進行直線焊縫和圓弧形焊縫的焊接。

圖2 工業機器人點焊作業

（4）機器人噴涂。機器人噴涂可分為涂膠和噴漆。機器人涂膠系統主要包括涂膠泵、涂膠槍等裝置，在合理利用車身材料的物理及化學性質的基礎上，機器人快速的對密封焊接和減震部位進行不同形狀和厚度的涂膠。同理，機器人的噴漆系統由噴槍和噴漆泵組成，均勻快速的對車身表面進行噴漆。

（5）機器人裝配。機器人是柔性自動化系統的核心設備，除機器人本體外主要組成結構是傳感器和末端執行器，末端執行器針對不同的裝配工件可以安裝不同機構。其主要功能是通過傳感器來獲取機器人本體與裝配對象和環境的相互信息，通過末端執行器實現裝配作業。機器人主要用于汽車整車發動機總成、擋風玻璃密封、安裝儀表盤、安裝車門、安裝輪胎等多個部件的裝配。

（6）機器人檢測。機器人檢測系統主要包括視覺傳感器和測量控制模塊，主要功能是使用視覺激光測頭來獲取被測部件的圖像信息，結合計算機模型來獲取實際尺寸與理想尺寸的對比，進行部件檢測反饋誤差信息。機器人檢測與傳統三坐標測量設備相比具有快速、直觀、量程大和精度高的特點，不僅提高了整車的合格率，還對改進生產工藝、減小生產誤差提供了方法。

3、結語

我國汽車行業的飛速發展，更加凸顯了工業機器人在汽車制造領域的重要性。工業機器人在汽車制造領域的應用也越來越廣，機器人的使用大大縮短生產周期、提高了汽車的生產質量和生產效率，同時也解放了勞動力、降低了生產成本。隨著中國制造2025的新格局，工業機器人的發展必將引領中國汽車行業走向下一個高峰。

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[2] 何延發,趙曉巍.機器人在汽車車身制造中的應用研究[J].中國高新技術企業，2014 (9)∶31-32.

[3] 王田苗,陶永. 我國工業機器人技術現狀與產業化發展戰略[J].機械工程學報，2014,50（9）∶1-9.

[4] 于暉.工業機器人在汽車制造業中的應用[J].湖南農機，2014,41(6)∶96-97.

The Application of Industrial Robots in Automobile Manufacturing

Jin Jiaqi, Xu Zhenwei, Zhu Liyong, Ma Baisheng, Liu Chang
( School of mechanical engineering, Shenyang University of Technology, Liaoning Shenyang 110807 )

With the continuous development of robots and the technical level has matured, more and more penetration into all fields, especially in the automobile manufacturing process plays an important role. The development of the automobile industry, to a certain extent, reflects the level of a country's manufacturing industry. So in the introduction of the composition of industrial robots on the basis of the robot in the automotive manufacturing applications in the analysis of the automobile manufacturing water to improve the great benefit.

industrial robots; automobile manufacturing; car body

TP278

A

1671-7988(2017)03-46-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.018

徐振偉（1989-），男，就讀于沈陽工業大學，研究方向：工業機器人技術。