探究基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線研究

徐永梅

摘 要：在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)的重要發(fā)展趨勢。特別是在PLC、傳感器的到來，可以有效提升生產(chǎn)精度、質(zhì)量、效率。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)改變了工業(yè)生產(chǎn)形式、方案，降低了人工勞動(dòng)力投入量?；诖?，本文首先提出工業(yè)機(jī)器背景與技術(shù)，進(jìn)而探究工業(yè)機(jī)械人自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動(dòng)化;生產(chǎn)線;方案

高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)支持，特別是工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。高新技術(shù)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)、高投入、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)器人的使用是一種創(chuàng)新和突破，整個(gè)流程伴有風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)如今，工業(yè)機(jī)器人雖然已經(jīng)得到了應(yīng)用，但沒有發(fā)展到真正的智能程度，更多是以簡單的機(jī)器人、機(jī)械手作為生產(chǎn)工具，智能化生產(chǎn)是大趨勢。工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)作為工業(yè)發(fā)展、提高生產(chǎn)效率、推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的重要手段，而如何完善工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成

工業(yè)機(jī)器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手、高自由度的機(jī)械裝置，整體包含了機(jī)器人主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。機(jī)械主體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括腕部、臀部、手臂等，部分工業(yè)機(jī)器人還設(shè)置了行走機(jī)構(gòu)。大部分工業(yè)機(jī)器人都有3-6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，腕部有1-3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要涵蓋了動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)，可以讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)是按照相關(guān)的輸入程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)、直行系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)指令信號，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2 工業(yè)機(jī)器人背景與技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是為了提高生產(chǎn)力、解放勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化操控，可以完成工業(yè)生產(chǎn)，是一種多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)器人借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械技術(shù)，機(jī)器人動(dòng)作，如抬、動(dòng)、拿等均為自動(dòng)化程序控制。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，工業(yè)機(jī)器人形態(tài)也不同，有的配備刀具，有的配備機(jī)械手。機(jī)器人的到來表明了人類利用自然力量的能力，其主要核心要素寶苦口材料、動(dòng)力、控制。使用要求為：高生產(chǎn)率、工作空間廣、占地面積小，結(jié)合車間生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品要求，機(jī)械結(jié)構(gòu)部位主要是采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的不銹鋼，盡可能加強(qiáng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的集成度。工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力為電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這樣機(jī)器人則可以更加快速、靈活的相應(yīng)操作。工業(yè)機(jī)器人控制是通過計(jì)算機(jī)、PLC等實(shí)現(xiàn)操作，保證控制生產(chǎn)的精準(zhǔn)度。

3 基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線方案

工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線主要包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、操控系統(tǒng)組成，其主要表現(xiàn)在：

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括傳感系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)組成。大體上可以劃分為控制中心、本體機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置?？刂浦行淖鳛檎麄€(gè)機(jī)器人的大腦，在計(jì)算機(jī)終端中存儲整個(gè)系統(tǒng)操作流程，下達(dá)任務(wù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)組成，根據(jù)系統(tǒng)下達(dá)的指令任務(wù)完成生產(chǎn)任務(wù)。機(jī)器人具有一定量的仿生部位，如手部、臀部、腕部以及行走部。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人可以在三維空間展開各類的操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作、重復(fù)編程、防誤操作等，因此成為了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，能夠按時(shí)、保質(zhì)保量完成任務(wù)。其重要部件包括：

（1）傳感裝置。工業(yè)機(jī)器人的傳感器數(shù)量非常多，包括動(dòng)力傳感器、視覺傳感器、激光傳感器等等，這些傳感器可以采集工業(yè)生產(chǎn)信息，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)化定位、自動(dòng)化跟蹤、自動(dòng)化生產(chǎn)等功能，所以傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的前提，可以保證工業(yè)機(jī)器人作業(yè)能力、環(huán)境適應(yīng)性。

（2）控制器。數(shù)字技術(shù)、軟件技術(shù)作為工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)得支撐下，控制器性能在不同提升、發(fā)展，提高機(jī)器人控制的精準(zhǔn)度，從而達(dá)成工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)要求。

（3）操作機(jī)。仿真設(shè)計(jì)、有限元分析、動(dòng)態(tài)模型等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信。與網(wǎng)絡(luò)連接可以讓工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行更加自由、更加精準(zhǔn)，具備網(wǎng)絡(luò)化能力，進(jìn)一步完善工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。

（5）并聯(lián)機(jī)構(gòu)。數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展下衍生出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是工業(yè)機(jī)器人長期發(fā)展所衍生出的新技術(shù)，有助于提升工業(yè)生產(chǎn)精度和高精度測量。并聯(lián)結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)集成化、智能化發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)不是新鮮事物，而是在近二十年發(fā)展中不斷完善，達(dá)到了可用性非常強(qiáng)的階段。投入使用機(jī)器人生產(chǎn)，構(gòu)建機(jī)械生產(chǎn)流水線。其中，工位設(shè)定精度決定了生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)工位也決定了操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。如某汽車車架生產(chǎn)中，必須要根據(jù)其生產(chǎn)流程、生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)。首先，要對車架焊接工藝、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究;其次，根據(jù)實(shí)際工藝標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)焊縫和焊接點(diǎn)數(shù)量，確定車架焊接所需機(jī)器人數(shù)量和工位數(shù)量，從而滿足焊接要求和焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作系統(tǒng)編程。

在編程方面主要有兩種形式，即示教器編程和軟件離線編程。示教器編程主要是結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作路徑的一種編程語言，可以通過手動(dòng)記錄方法得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，一步一步記錄信息，以編程流程為基準(zhǔn)進(jìn)行程序編程。軟件離線編程是通過計(jì)算機(jī)完成編程，需要先進(jìn)行建模和程序設(shè)計(jì)，由技術(shù)人員進(jìn)行軟件調(diào)試和試驗(yàn)，從而判定編程內(nèi)容是否能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。

3.3 自動(dòng)化生產(chǎn)線操控系統(tǒng)

所謂的自動(dòng)化操控就是將自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械裝置中，以機(jī)器人設(shè)備為核心，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)以及其他的自動(dòng)化生產(chǎn)裝置，機(jī)器人的出現(xiàn)推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步，也是信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)的集成。該項(xiàng)技術(shù)未來會(huì)朝向智能化方向發(fā)展，技術(shù)表現(xiàn)主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）遠(yuǎn)程控制方案。自動(dòng)化生產(chǎn)借助通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，融合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代技術(shù)，對機(jī)器人設(shè)備遠(yuǎn)程操控，對整個(gè)生產(chǎn)線全方位的檢測與監(jiān)控，確保整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和質(zhì)量。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制方案還可以人工干預(yù)機(jī)械生產(chǎn)，有助于工業(yè)自動(dòng)化調(diào)整、自動(dòng)化控制。

（2）資源管理系統(tǒng)。資源管理系統(tǒng)就好比生產(chǎn)企業(yè)的倉庫，負(fù)責(zé)連接企業(yè)和制造工藝資源，實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)的更新和提升，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的信息化、自動(dòng)化。再者，定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速整定，打造更加完善的信息制造系統(tǒng)，提高生產(chǎn)線的安裝精度、質(zhì)量，讓整個(gè)生產(chǎn)流程更加透明。該項(xiàng)技術(shù)可以讓自動(dòng)化管理朝向智能化管理方向發(fā)展，可以對不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和指導(dǎo)，可以更有效處理突發(fā)性、臨時(shí)性問題。

（3）自動(dòng)柔性管理技術(shù)。企業(yè)生產(chǎn)控制、管理流程非常復(fù)雜，這就需要有柔性自動(dòng)化技術(shù)、控制一體化技術(shù)的支持。自動(dòng)柔性管理技術(shù)可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開放性控制，保障信息管理無縫銜接，大部分工業(yè)機(jī)器人都會(huì)配備信息輸入、信息輸出模塊，這樣即可保障整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，完成機(jī)械的便捷操作。如ABB工業(yè)機(jī)器人采用了DSQC651輸入模塊，整個(gè)模塊中有8路輸出、輸入以及2路模擬量輸出端口，每個(gè)端口都能夠滿足使用表霍尊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)不同模塊的可靠連接。近些年自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展速度非常快，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊裝、噴涂、裝配一體的生產(chǎn)線。如今我國機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)還處在初期發(fā)展階段，是設(shè)備、生產(chǎn)轉(zhuǎn)型期，這就需要進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)器人自動(dòng)化的研究，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為了工業(yè)發(fā)展趨勢，在這樣的生產(chǎn)背景下，改變了以往的工藝生產(chǎn)方式，這對工業(yè)生產(chǎn)改革有著顛覆性改變。在工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提高的趨勢下，工業(yè)生產(chǎn)對工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)要求也進(jìn)一步提升。增加了工業(yè)機(jī)器人使用數(shù)量，傳統(tǒng)機(jī)器人會(huì)被逐漸淘汰，逐漸朝向智能化生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變，不斷推動(dòng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜翠麗.履帶工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019，223（10）：289-290.

[2]左培良，鄧先智，梁春光.工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線組建技術(shù)[J].中國設(shè)備工程，2019，418（07）：142-144.

[3]王瑞.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018，No.267（13）：443-445.

[4]李明，吳向軍，張東陽.全自動(dòng)殼型鑄造生產(chǎn)線[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2016（4）：852-853.