基于自動化生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)分析

馮 嫦 劉慶倫 楊均保 何培超

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備智造學(xué)院，廣東 中山528436）

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，有助于構(gòu)建自動化的工業(yè)生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線相比，自動化生產(chǎn)線在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量方面均具有顯著的優(yōu)勢。因此，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)受到了研究人員的高度關(guān)注。在此背景下，對該課題進(jìn)行研究，其意義十分重大。

1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人由多個部分構(gòu)成，主要包括主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在其構(gòu)成部分之中，主體就好比人的四肢，能夠完成各種動作。同時(shí)，主體中還包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成部分為臂、手和腕，具有非常高的自由度，普通機(jī)器人為3，但一些先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人，其自由度超過了7。簡言之，自由度越高，機(jī)器人功能越強(qiáng)，能夠完成更加復(fù)雜的工作。而控制系統(tǒng)的功能為根據(jù)指令，控制機(jī)器人完成既定操作，等同于人類的大腦，而驅(qū)動系統(tǒng)的功能為接收指令，然后對動力元件進(jìn)行驅(qū)動，然后通過與執(zhí)行結(jié)構(gòu)相配合的方式，履行指令內(nèi)容[1]。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)。自動化程度高是工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)之一，正是基于這一優(yōu)勢，使其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，逐漸對傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行取代，替代人類完成各種復(fù)雜的操作。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行方式主要包括兩種，一種是提前輸入程序；另一種是人工操作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人會朝著智能化的方向發(fā)展?；诠I(yè)機(jī)器人的工業(yè)生產(chǎn)線與傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線相比，可以大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)效率，同時(shí)們還能對生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行保證，且無需休息，只需做好日常維護(hù)即可實(shí)現(xiàn)全天候的工作，故受到了企業(yè)和研究人員的高度關(guān)注。

2 基于自動生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)較為復(fù)雜且繁重，且其中還隱藏著安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，基于人工操作的工業(yè)生產(chǎn)線在工業(yè)生產(chǎn)中的作用被不斷弱化，逐漸被自動化生產(chǎn)線所取代，究其原因，主要是工業(yè)生產(chǎn)對人的身體素質(zhì)和技術(shù)水平提出了嚴(yán)格的要求，再加上人在工作一段時(shí)間后需要休息，故生產(chǎn)效率較為有限，而自動生產(chǎn)線則不會被這些問題所困擾。故自動化生產(chǎn)線逐漸被工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用。本文接下來會對基于自動生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行分析，如下所述：

2.1 運(yùn)行方式的選擇。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，需要確保工作流程的規(guī)范性，通過這種方式，使其動作路徑的準(zhǔn)確性得到提升，促使其可以按照指令完成工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。據(jù)了解得知，不同工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人運(yùn)行方式所提出的要求也有所差異，以沖壓自動化生產(chǎn)為例，工業(yè)機(jī)器人在沖壓生產(chǎn)過程中，需要完成多個動作，主要包括垛料拆垛、板料對中，尤其是在進(jìn)行板料對中時(shí)，還需要合理選擇對中方式，在眾多對中方式之中，光學(xué)對中較為常用，而機(jī)械對中和重力對中的應(yīng)用較少。在板料對中完成后，工業(yè)機(jī)器人需要進(jìn)行上料，之后，方能進(jìn)行沖壓生產(chǎn)。沖壓生產(chǎn)流程結(jié)束后，工業(yè)機(jī)器人會根據(jù)事先輸入的指令，重復(fù)執(zhí)行上述步驟，經(jīng)過多次循環(huán)后，由操作人員完成碼垛任務(wù)[2]。

2.2 系統(tǒng)的組成。通過上述分析可知，沖壓自動生產(chǎn)由多個工序構(gòu)成，工業(yè)機(jī)器人在每個工序中都承擔(dān)著重要的任務(wù)。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建的自動化生產(chǎn)線，也由多個系統(tǒng)構(gòu)成，包括上料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、對中系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)等。在自動拆垛系統(tǒng)中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，可以使柴垛效率和質(zhì)量大幅度上升，同時(shí)，還能規(guī)避人為操作帶來的安全問題。某工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用的自動拆垛系統(tǒng)，使用了兩個垛料臺，且垛臺之間保持連接和互通，只需進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)，即可實(shí)現(xiàn)全天候的生產(chǎn)。這是傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線所不具備的優(yōu)勢，為提升分料的精準(zhǔn)性，還在系統(tǒng)中應(yīng)用了分張器，這種設(shè)備的功能為分料，從而使進(jìn)料更加合理。輸送帶會將板料傳送到涂油機(jī)。為了提升工業(yè)機(jī)器人取料的效率，系統(tǒng)還在上料區(qū)的位置上放置了拆垛車。此外，料板涂油通常會與拉延同步完成，究其原因，主要是在拉延時(shí)進(jìn)行涂油，可以保證涂油的全面性，實(shí)現(xiàn)對料板滑移線的清除，不僅可以提升加工精度，還能增強(qiáng)成品的防腐能力[3]。

2.3 控制系統(tǒng)?；诠I(yè)機(jī)器人的自動生產(chǎn)控制系統(tǒng)，其組成部分如下所述：（1）數(shù)據(jù)層。在自動生產(chǎn)控制系統(tǒng)之中，數(shù)據(jù)層扮演的角色尤為關(guān)鍵，數(shù)據(jù)傳輸和分析是其主要的功能，其效率與系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性存在密切的關(guān)聯(lián)。在實(shí)際生產(chǎn)階段，總線是實(shí)現(xiàn)設(shè)備和物理層數(shù)據(jù)交換的主要載體，現(xiàn)階段，各種先進(jìn)的總線技術(shù)被應(yīng)用于工業(yè)生生產(chǎn)之中，在眾多總線技術(shù)中，EPA 技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，究其原因，主要是這種總線，在布置和用線方面較為簡單，能夠滿足自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的需求。在應(yīng)用這項(xiàng)總線技術(shù)時(shí)，可以對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和DCS 系統(tǒng)進(jìn)行合理運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人動作的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，防止工業(yè)機(jī)器人在外界因素的影響下，對數(shù)據(jù)層造成損壞。（2）物理層與數(shù)據(jù)層相比，其內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)容較多，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)感知是其最主要的功能。物理層設(shè)備都具有開放性的特點(diǎn)，彼此之間可以進(jìn)行信息的共享，有助于工作人員利用系統(tǒng)，獲取所需的信息，并在此基礎(chǔ)上，制定解決問題的方案，從而使工業(yè)機(jī)器人動作的精確度得到保證。（3）在控制系統(tǒng)中，交互平臺同樣發(fā)揮了重要作用，能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行情況、操作流程進(jìn)行顯示，具有可視化的特點(diǎn)，技術(shù)人員可以借助操作平臺，對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行掌握，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患，使系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量得到保證。

2.4 安全系統(tǒng)。為保證自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行安全，對工業(yè)機(jī)器人可能會出現(xiàn)的故障進(jìn)行控制，采取安全防護(hù)手段尤為關(guān)鍵。盡管在工業(yè)生產(chǎn)階段，自動化生產(chǎn)線通常會被分為多個區(qū)域，且每個區(qū)域及內(nèi)部設(shè)備都保持獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，但依然存在一些設(shè)備重疊區(qū)域，如果不采取有效的措施對其進(jìn)行控制，重疊區(qū)域的工業(yè)機(jī)器人可能會產(chǎn)生直接接觸，故受到損傷，影響生產(chǎn)效率。再加上控制系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，需要技術(shù)人員做好系統(tǒng)的調(diào)配工作，比如：設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人參數(shù)或調(diào)整其運(yùn)行方式。目前，硬件和軟件保護(hù)在保護(hù)自動化生產(chǎn)線上取得了良好的效果。如果具備相應(yīng)條件，工業(yè)企業(yè)可以同時(shí)采取兩種保護(hù)措施，構(gòu)建安全防護(hù)體系，在最大限度上，對可能會出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)防和控制。

2.5 仿真模擬系統(tǒng)。為發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線的作用，技術(shù)人員可以對工業(yè)機(jī)器人的離線編程功能進(jìn)行使用，模擬工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的實(shí)際情況，并在此基礎(chǔ)上，合理調(diào)整和優(yōu)化其運(yùn)行方式，以促進(jìn)生產(chǎn)線工作效率的提升。

2.6 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)未來發(fā)展趨勢。通過查閱資料得知，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，其價(jià)值和作用受到了人們的重視，柔性機(jī)器人技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)、情感識別等技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人未來發(fā)展方向，簡言之，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)會將人類作為發(fā)展目標(biāo)，不斷進(jìn)行發(fā)展。一旦這些技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)，就會對現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)體系造成巨大的沖擊，智能化工業(yè)生產(chǎn)時(shí)代會正式開啟。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，帶來的不僅僅是優(yōu)勢，其背后還隱藏著一些深層次的問題，比如：以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)線，對傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線進(jìn)行取代，會導(dǎo)致大量工人失業(yè)，這對于以我國為首的發(fā)展中國家來說，是一個巨大的挑戰(zhàn)。因此，如何分配自動化生產(chǎn)線和人工生產(chǎn)線的比重，協(xié)調(diào)好人與及其間的關(guān)系，值得我們?nèi)パ芯亢完P(guān)注。

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，基于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的自動化生產(chǎn)線，逐漸對傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線進(jìn)行了取代。究其原因，主要是工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線有利于提升生產(chǎn)效率，同時(shí)還能保證生產(chǎn)加工的精度，并且與人工生產(chǎn)線相比，工業(yè)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)全天候工作。因此，研究工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，有助于促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。