機械設備制造中工業機器人的應用研究

瞿敏敏

江蘇省常州技師學院，江蘇 常州 213000

工業機器人是通過編程和自動控制在機械設備制造中進行自動操作的多功能自動化機械裝備，其綜合制造主機或者生產線，能夠構成單機與多機自動化系統，在沒有工作人員參與的情況下，進行自動化搬運與焊接等各種生產作業。現階段，工業機器人技術與產業發展速度加快，在生產過程中運用甚廣，已經成為現代機械設備制造生產過程中的核心高度自動化裝備。

1 工業機器人概述

1.1 結構構成

工業機器人是面向工業領域的一種擁有諸多關節的機械手或者擁有很多個自由度的機器人，其能夠根據提前設定的程序自動工作。工業機器人由多個部分構成，比如機座、執行機構等。其中，比較重要的一部分就是執行機構，該機構是以腕部和行走機構、臂部和手部等組合而成的，大部分工業機器人有3～6個運動自由度，腕部一般涵蓋1～3個運動自由度，而驅動系統涵蓋了傳動機構與動力裝置，是用來讓執行機構產生動作的，控制系統是嚴格根據提前設定的程序對執行機構以及驅動系統發布的命令或者信號加以控制[1]。

1.2 關鍵技術

首先，開放式硬件系統。該系統主要是以開放式CPU計算模塊為核心，由控制器和PLC控制單元、示教器等構成。其中，控制器和示教器運用串口總線開展通信工作，而控制單元和PLC控制單元則使用于規劃機器人的姿態等諸多環節[2]。其次，開放式軟件系統。在判斷機器人系統能否順利工作的過程中，通常使用對有關軟件系統的判斷來實現目標。通用型軟件系統基礎就是Linux，使用了開放式與模塊式設計，根據功能需求的不同，將軟件系統整合為驅動層、核心層與應用層。再次，故障自我診斷系統。機器人通過代碼設置形式，以系統接受反饋信息，同時采用代碼來顯示，繼而為操作人員檢修和維護等工作的順利進行給予相應的提示。最后，網絡系統。由機器人單獨操控向機器人流水線作業發展的形式，已然成為新的發展趨勢，與此同時網絡是必不可少的一部分，比如借助云端遠程操作技術，讓遠程監控機器人的目標得以實現。

2 機械設備制造領域中科學應用工業機器人的探索

2.1 在汽車與電氣等機械設備制造中的應用

運用工業機器人與沖壓設備一起建立沖壓自動生產線，使用工業機器人沖壓生產線做好機械設備零部件與設備制造和裝配，這一模塊功能十分強大且操作方便快捷，有著一定的實用性。同時，可以使用壓鑄型工業機器人進行機械設備零部件生產，例如，組織一個專業技術工作對多臺工業機器人展開管理和操作。伴隨科技的持續發展與進步，鑄造機器人技術逐步與機床技術充分融合，同時衍生出了熱模鍛和輥鍛工業機器人，這些機械人能夠做好機械設備制造壓鑄的每一項操作任務，有效預防人工操作的安全風險，實用性和精度較高[3]。

2.2 在機械設備制造噴涂工作中的應用

工業機器人在機械設備制造噴涂中的運用，通常是指涂裝與噴漆等工作，噴涂工作中的一大問題就是漆霧和揮發的溶劑，這些物質對生態環境是有害的，還會威脅到人類的身體健康，不僅浪費材料，還會致使經濟受損。因此，噴涂工業機器人誕生了，該類型的工業機器人能夠自動噴涂涂料。噴涂機器人有很多優點，比如有著很強的柔性，工作范圍廣、噴涂質量與材料使用效率高、操作便捷且容易維護，可以進行離線編程，有效減少現場調試時間，設備利用率高，能夠達到90%以上。機械設備制造中合理借助工業機器人在噴涂工作中的運用，可以解放勞動力，提高機械設備制造生產水平，提升噴涂工作效果，避免廢棄油漆、溶劑隨意排放出去，從而起到保護生態環境的作用[4]。

2.3 在機械設備焊接中的應用

機械設備焊接過程中，對于焊接精度有著很高的要求，同時對于人工技能水平也提出了嚴格的要求。此外，由于焊接工作環境十分惡劣，強度高的焊接工作對工作人員眼睛與皮膚均會造成損害，而工業機器人的運用，能夠有效解決該問題。現階段，工業機器人在機械設備焊接中運用甚廣，而焊接機器人類型多樣，在不同的應用場合中，選擇的工業焊接機器人也是有差別的。其中，多關節機器人由于可以調節姿態，同時可以隨意調整焊槍位置，運用范圍較廣。經過相關調查研究可以了解到，焊接機器人使用頻率較高，一般用于點焊、弧焊。將該類型的工業機器人運用于機械設備制造中，可推動機械設備的高效率制造，且該種機器人技術在機械設備底盤等的制造中，運用已經相當成熟，比如，在機械設備焊接生產線中，使用自動化技術開展焊接的環節達到80%，同時在安全部件的焊接中，也采用了機器人來進行機械設備焊接工作，有效預防了人工操作造成的失誤，提升了機械設備總體的安全性能。伴隨機械設備焊接作業愈發復雜，焊接中，對焊縫精度要求更高，經過在焊接機器人上設置速度傳感器，并且在系統設置綜合電弧傳感器技術，可以實現焊縫自動跟蹤效果，該技術在國外機械設備制造業中運用尤為普遍，比如奧迪、奔馳等車身生產環節中，均使用了機器人激光焊接工藝。另外，一些企業在所有點焊機器人中安裝了點焊標準，該種技術可以確保焊接質量和精度，在機械設備生產中，經過綜合弧焊與點焊機器人的操作，可以實現同一時間中對機械設備部件展開同時加工，實現機械設備焊接生產線精簡化的目標。

2.4 在機械設備制造搬運工作中的應用

機械設備制造在組織設備制造和加工、裝配等過程中，必須在工廠內部搬運和擺放很多原材料與工件等，假設采用人工操作，需要花費很多的時間與精力，同時在特殊物件搬運過程中易于發生安全風險。因此，運用工業機器人承擔搬運工作，可以組織工業機器人做好上下料作業與高溫鍛造裝卸作業等。經過合理運用工業機器人取代人工搬運，可以有效減小人工勞動強度，降低管理成本，提升機械設備制造生產的安全性。工業機器人有諸多種類，其中一種可以搬運的機器人被稱之為搬運機器人，該種機器人不僅可以在第一時間接收發布的指令，還可以自動運行相關工作人員提前設定的程序和AI技術指定動作，故而在各行業中應用甚廣。伴隨搬運機器人的使用，至今為止已經有幾十萬臺搬運機器人被投入使用，比較常見的是用來搬運大型重物，如今，搬運機器人在機械設備制造領域應用相當成熟。四軸與六軸搬運機器人是交叉學科中研究比較多的技術。前者的特征是搬運速度，其運動軌跡近似直線，可快速搬運，一般在高速碼垛、包裝等工作中采用；后者比較擅長的是重大貨物的搬運，通常在機械設備制造中應用較多[5]。

3 機械設備制造中應用工業機器人的未來發展趨勢分析

工業機器人發展整體而言體現在如下方面：第一，工業機器人運用領域拓展與類型增加；第二，工業機器人性能提升，朝著智能化發展。前者為運用領域的拓展，后者為性能與水平的提升。機器人運用領域拓展與性能提升是彼此促進的。運用領域拓展對機器人提出了全新的要求，促進機器人技術水平提升。反之，機器人性能和智能化水平提升，讓機器人持續增大運用領域。示教再現機器人是首代工業機器人，在機械設備制造中運用甚廣。示教再現機器人能夠依據示教程序重復作業，但是因為其對外部環境變化不具備感知功能，無法按照外部環境變化轉變運動功能與工作能力，因此，在復雜環境下，該種機器人部分工作無法適用。

二代感知功能機器人，經過傳感器系統能夠第一時間掌握外部環境變化，同時按照變化，及時修正機器人運動。該種感知功能不但可以從環境中采集與處理各種信息，也可以經過這部分信息，識別與理解環境變化，因此二代機器人可以做好視覺引導與零件裝配等復雜工作。

三代智能機器人不單單擁有感知功能，還擁有決策方面與規劃方面的能力。通常來說在十分復雜的環境中，開展無法預估的工作時，對機器人要求比較高，譬如應當有觸覺功能、可以自行決策和行動。智能機器人是經過任務理解功能得到相關任務，且嚴格按照環境理解功能采集環境周邊變化信息，通過行動功能決策目標的實現方案。可是，當今機器人要實現完全自主仍然較難，因此很多技術無法完全滿足自主智能機器人的要求。

4 結束語

總而言之，機械設備制造中運用工業機器人，不但可以推動工業企業的快速發展，確保機械設備生產效率與質量，而且可以給企業帶來較高的經濟效益與社會效益，為企業可持續發展打下扎實的基礎。相關工作人員應當進一步加強機械設備制造領域中科學運用工業機器人的探索，創造更加良好的發展前景。