工業機器人在柔性制造系統中的應用

李文強

（常州睿恩機器人系統有限公司，江蘇 常州 213100）

柔性制造系統作為智能制造的重要標志，在處理“產品種類繁多”、“生產批量小”、“設備專用性低”的生產過程中顯示出明顯的優勢。這是未來制造業發展的最新趨勢。柔性制造系統的發展需要工業機器人技術的發展作為技術支撐。

1 工業機器人結構綜述

國際標準化組織（iso） 定義：工業機器人是一種仿生、自動控制能力強、可重復編程、多功能、多自由度的操作機械。可見，工業機器人至少需要執行器（如電機、減速器等）、控制系統（如plc、單片機等）、感知系統（如各種傳感器） 和機器人本體（如仿生機械結構）。用于柔性制造系統的工業機器人的主體結構包括座椅、腰部、手臂、手腕和手。工業機器人的執行機構是為機器人的機械手提供動力和運動的裝置。為了實現液壓驅動、氣動驅動、電驅動和機械驅動，電驅動是柔性制造系統中最常用的驅動方式。電機采用步進電機或伺服電機配諧波減速器、行星輪減速器和擺線針輪減速器驅動。工業機器人傳感系統的主要功能是檢測工業機器人的狀態、工作對象和工作環境，如安裝傳感器檢測觸覺、視覺、力覺、聽覺、距離、速度等。工業機器人的控制系統相當于它的大腦中樞系統，它由plc、工業控制計算機組成，可以處理工業機器。

2 工業機器人應用分類

根據結構特點，工業機器人根據其控制方式、驅動方式、應用領域等多種標準來劃分的話可以分成很多類型，其中工業機器人在柔性制造系統中的應用是重點，工業機器人按應用分類可分為搬運和堆放、點焊、電弧焊和裝配、噴涂、拋光等。搬運堆垛機器人又分為AGV 和堆垛機器人，主要應用于機床上下料、自動裝配線、箱體輸送等場合，大大降低了工人的勞動強度。而且工人在有害環境中的工作可以被替代。點焊、電弧焊機器人廣泛應用于汽車制造業，不僅勞動生產率高，而且焊接質量穩定提高。柔性制造系統中使用的裝配機器人主要分為兩類：puma 可編程裝配操作手和scara 水平多關節機器人。裝配機器人具有精度高、柔性好、工作空間小的特點。主要用于各種家用電器、小型電機、汽車零部件、玩具等的裝配。

噴涂機器人可以自動噴漆或噴涂，一般采用液壓驅動，動作速度快，防爆性能好，廣泛應用于汽車、儀表、搪瓷等工藝生產中，可以實現離線編程，縮短現場調試時間，同時提高了噴涂效率和噴涂質量。拋光機器人通常用于提高產品或部件的表面光潔度，廣泛應用于汽車制造、機械設備制造、衛浴產品制造等行業。拋光機器人與砂光機的結合，提高了生產效率和工件的光潔度，保證了磨削效果的一致性。

3 工業機器人在柔性制造系統中的應用

柔性制造系統作為工業機器人高度發展的產物，在現代制造業中得到越來越廣泛的應用。柔性制造系統包括數控加工、物流倉儲、智能控制和通信四個系統。它可以根據不同的加工對象自動改變制造系統，支持多種生產模式，從而提高生產效率，降低生產成本。在柔性制造系統中，通常采用工業機器人代替工人進行碼垛、自動裝配、裝卸、拋光、研磨等作業。

3.1 工業機器人在汽車端蓋柔性制造單元中的應用

以汽車端蓋柔性制造單元的工作過程為例，分析了工業機器人在柔性制造系統中的應用。柔性制造單元由一個工業機器人、兩臺數控車床、兩個數控加工中心和一個旋轉上下料機構組成。工業機器人在物料的上料、下料和半成品運輸過程中起著搬運物料的作用。汽車端蓋毛坯、半成品、成品的人工搬運是一項艱巨的任務，勞動效率低。搬運碼垛機器人能在短時間內按規定要求準確完成特定物料的搬運。

3.2 工業機器人在電鍍產品拋光柔性制造系統中的應用

以電鍍產品拋光磨削柔性制造系統為例，分析了工業機器人在柔性制造系統中的應用。該系統由粗拋柔性加工單元、精拋柔性加工單元和拋布柔性加工單元組成。每個加工單元包括2 臺拋砂機或2 臺分配拋砂機、1 臺六自由度機器人和1 套材料更換系統。在粗細拋砂柔性加工單元中，采用高精度重復定位的6 自由度工業機器人將工件固定在拋砂機附近。拋砂機采用雙閉環壓力自動調節控制，能實時反饋工件的應力狀態，保證磨削均勻。拋布柔性加工劑是電鍍產品拋光過程中的重要設備。拋布的關鍵是保證前后拋光輪過程中拋光壓力隨時保持恒定。該系統采用六自由度高精度重復定位的工業機器人，將工件固定在拋布機附近。車輪電機采用變頻器控制，實現無極調速。同時伺服電機控制螺桿帶動拋光輪運動，不斷改變工件與布輪的接觸位置，實現恒壓拋光控制。在柔性制造系統中，每個柔性加工單元都采用工業機器人進行研磨拋光，每個單元平均可替代5-8 名工人。其生產效率也明顯提高，同時保證了產品的加工質量。

4 結語

一些傳統的生產線工件或貨物比較重，如裝卸、碼垛、搬運等，有些作業很危險，不適合工人直接作業。工業機器人在柔性制造系統中的應用，可以提高生產效率、生產質量、降低生產成本，緩解當前企業用工難的問題，也可以在一些有害環境中替代工人。工業機器人的應用對促進我國經濟發展具有非常重要的積極作用，具有非常廣闊的應用前景和應用市場。