工業機器人在智能制造中的應用

青海一機數控機床有限責任公司技術中心_宋麗軍

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人，是自動執行工作的機器裝置。它將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，按照預先編排的程序運行。現在的大部分工業機器人具有人工智能技術，可根據示教的動作、傳感器反饋的負載情況、2D及3D的視覺反饋等來編制和修正自己的動作。

目前越來越多的企業開始用工業機器人取代人，從事各種生產工作，從而促使工業機器人行業迎來了一波發展的高潮。一個重要原因是不斷上升的人力成本已經逐漸超過使用機器人的成本。統計顯示，中國制造業的工資水平以每年10%～20%的速度增長，而機器人價格卻以每年4%的速度在下降。在成本更具優勢的大前提下，機器人還完全可以完成一些人類不適合或不愿意去完成的工作。例如在具有較高腐蝕性或者甲醛濃度高的工作環境下，顯然機器人是比人類更適合的選擇。另外生產線上簡單重復、繁重的工作對于人類的生理和心理都極具挑戰，而機器人既不計較工作內容，也不知疲累，擁有更高的勞動效率。在作業的精度和潔度上，機器人的工作質量也更加穩定，生產損耗也較人力少一些。另外一個主要原因是：國內工業機器人行業初具規模，較好的性價比使得除汽車、高端電子等“貴族”工業以外的普通制造業領域，也能夠實現以提高產品質量、改善勞動環境、提高勞動生產率以及降低生產成本為目的的智能化生產。

工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種，中、小批量的生產，常與數控機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性生產線。工業機器人在柔性生產線上的應用不僅可以提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全、改善勞動環境、減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本等方面有著十分重要的意義。下面就以我公司最近為用戶廠家生產制造的箱體生產線來說明工業機器人在柔性生產線的應用。

附圖所示，這條生產線的主體是由兩臺臥式加工中心和一臺工業機器人組成，這臺工業機器人在生產線上的主要功用為：搬運。輔助設備包括上、下料輥道線，2D視覺系統、3D視覺系統和安全防護門等，當然還包括圖面上看不見的生產線系統控制器、機器人控制器和觸摸屏等人機交互設備和控制設備。工作流程是：首先機器人對上料輥道線上的箱體毛坯件進行2D掃描并抓取，同時上料輥道線兩側的對射傳感器檢測到上料點無工件，控制器發出指令啟動上料輥道線輸送工件；然后機器人通過固定的3D視覺傳感器對毛坯件進行精確定件，將毛壞件搬運至1號機床（上料），機床自動夾緊、測量工件并加工；第三步機器人將1號機床加工完成的半成品下料，并上料至2號機床加工；最后機器人將2號機床加工完成的成品下料至下料輥道線，下料輥道線上的傳感器檢測到工件，控制器發出指令啟動下料輥道線運出工件，一個箱體毛坯件的整個加工過程完成，在這個過程中無需人工參與。從工作效率上分析，機器人在這條生產線上的應用最大程度地減少了工件的輔助加工時間，這個輔助加工時間包括搬運工件、裝夾工件和對刀等時間。還有一點很重要，機器不知疲倦，這條生產線可以24h連續運轉。從工作質量上看，這條生產線上生產的工件精度高，一致性好，廢品率低。節約了人工成本，降低了效率。

工業機器人除了應用在柔性生產線上以外，其他的應用領域筆者認為主要集中在兩大方面：一是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成型、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作；二是隨著勞動力短缺，人工成本的不斷上漲，機器人會大量應用在勞動密集型產業，如食品、電子及物流等行業，在這些行業機器人可以做的工作有：分揀、焊接、搬運及砝垛等。近年來我國對工業機器人需求量增長速度很快，工業機器人的快速普及也將成為實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。雖然如此，我國不論是在機器人制造方面還是在應用方面都與發達國家存在著很大的差距。從制造方面說，在歐美和日本，機器人已經從產業發展階段進入了智能化發展階段，機器人的操控越來越簡單，不需要人示教，甚至不需要高級技術人員來操作即可完成。而我國機器人產業總體上還處于起步階段，機器人企業多為加工組裝，缺乏關鍵核心技術，高性能交流伺服電動機、精密減速器及控制器等關鍵核心部件長期依賴進口。從應用方面說，在發達國家，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流，日本工業機器人早在20世紀90年代就已經普及了。目前我國的制造業面臨著向高端轉變，承接國際先進制造、參與國際分工的巨大挑戰。加快工業機器人技術的研究開發與生產應用是中國抓住這個歷史機遇的主要途徑。

未來機器人的發展會更加網絡化、智能化、仿生化，應用的領域也會更加廣泛。網絡與機器人相結合會使我們操作機器人，和機器人溝通更加得心應手。越來越聰明的機器人會更快、更多、更好地幫助我們完成工作。未來機器人會進入我們的家庭幫我們做家務，會在田間地頭摘蘋果、種莊稼，會應用在生產生活的各個領域。總之，未來機器人不僅會優化我們的生產過程，還會讓我們的生活更加美好。