工業(yè)機器人在智能制造中的應(yīng)用

青海一機數(shù)控機床有限責(zé)任公司技術(shù)中心_宋麗軍

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器人，是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它將數(shù)控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構(gòu)聯(lián)接在一起，按照預(yù)先編排的程序運行。現(xiàn)在的大部分工業(yè)機器人具有人工智能技術(shù)，可根據(jù)示教的動作、傳感器反饋的負(fù)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(yè)開始用工業(yè)機器人取代人，從事各種生產(chǎn)工作，從而促使工業(yè)機器人行業(yè)迎來了一波發(fā)展的高潮。一個重要原因是不斷上升的人力成本已經(jīng)逐漸超過使用機器人的成本。統(tǒng)計顯示，中國制造業(yè)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(yōu)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(huán)境下，顯然機器人是比人類更適合的選擇。另外生產(chǎn)線上簡單重復(fù)、繁重的工作對于人類的生理和心理都極具挑戰(zhàn)，而機器人既不計較工作內(nèi)容，也不知疲累，擁有更高的勞動效率。在作業(yè)的精度和潔度上，機器人的工作質(zhì)量也更加穩(wěn)定，生產(chǎn)損耗也較人力少一些。另外一個主要原因是：國內(nèi)工業(yè)機器人行業(yè)初具規(guī)模，較好的性價比使得除汽車、高端電子等“貴族”工業(yè)以外的普通制造業(yè)領(lǐng)域，也能夠?qū)崿F(xiàn)以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動環(huán)境、提高勞動生產(chǎn)率以及降低生產(chǎn)成本為目的的智能化生產(chǎn)。

工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種，中、小批量的生產(chǎn)，常與數(shù)控機床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性生產(chǎn)線。工業(yè)機器人在柔性生產(chǎn)線上的應(yīng)用不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)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(chǎn)制造的箱體生產(chǎn)線來說明工業(yè)機器人在柔性生產(chǎn)線的應(yīng)用。

附圖所示，這條生產(chǎn)線的主體是由兩臺臥式加工中心和一臺工業(yè)機器人組成，這臺工業(yè)機器人在生產(chǎn)線上的主要功用為：搬運。輔助設(shè)備包括上、下料輥道線，2D視覺系統(tǒng)、3D視覺系統(tǒng)和安全防護(hù)門等，當(dāng)然還包括圖面上看不見的生產(chǎn)線系統(tǒng)控制器、機器人控制器和觸摸屏等人機交互設(shè)備和控制設(shè)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(jìn)行2D掃描并抓取，同時上料輥道線兩側(cè)的對射傳感器檢測到上料點無工件，控制器發(fā)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(jìn)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(fā)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(chǎn)線上的應(yīng)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(chǎn)線可以24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。從工作質(zhì)量上看，這條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的工件精度高，一致性好，廢品率低。節(jié)約了人工成本，降低了效率。

工業(yè)機器人除了應(yīng)用在柔性生產(chǎn)線上以外，其他的應(yīng)用領(lǐng)域筆者認(rèn)為主要集中在兩大方面：一是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，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(yè)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(yīng)用在勞動密集型產(chǎn)業(yè)，如食品、電子及物流等行業(yè)，在這些行業(yè)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(yè)機器人需求量增長速度很快，工業(yè)機器人的快速普及也將成為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)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(yīng)用方面都與發(fā)達(dá)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(jīng)從產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段進(jìn)入了智能化發(fā)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(shù)人員來操作即可完成。而我國機器人產(chǎn)業(yè)總體上還處于起步階段，機器人企業(yè)多為加工組裝，缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)，高性能交流伺服電動機、精密減速器及控制器等關(guān)鍵核心部件長期依賴進(jìn)口。從應(yīng)用方面說，在發(fā)達(dá)國家，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流，日本工業(yè)機器人早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)普及了。目前我國的制造業(yè)面臨著向高端轉(zhuǎn)變，承接國際先進(jìn)制造、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)。加快工業(yè)機器人技術(shù)的研究開發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用是中國抓住這個歷史機遇的主要途徑。

未來機器人的發(fā)展會更加網(wǎng)絡(luò)化、智能化、仿生化，應(yīng)用的領(lǐng)域也會更加廣泛。網(wǎng)絡(luò)與機器人相結(jié)合會使我們操作機器人，和機器人溝通更加得心應(yīng)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(jìn)入我們的家庭幫我們做家務(wù)，會在田間地頭摘蘋果、種莊稼，會應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。總之，未來機器人不僅會優(yōu)化我們的生產(chǎn)過程，還會讓我們的生活更加美好。