基于自動化生產(chǎn)線的工業(yè)機器人技術分析

馮 嫦 劉慶倫 楊均保 何培超

（中山火炬職業(yè)技術學院裝備智造學院，廣東 中山528436）

在工業(yè)生產(chǎn)領域應用工業(yè)機器人，有助于構建自動化的工業(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)質量方面均具有顯著的優(yōu)勢。因此，工業(yè)機器人技術受到了研究人員的高度關注。在此背景下，對該課題進行研究，其意義十分重大。

1 工業(yè)機器人的結構和特點

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

1.2 工業(yè)機器人的特點。自動化程度高是工業(yè)機器人的特點之一，正是基于這一優(yōu)勢，使其被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域，逐漸對傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)線進行取代，替代人類完成各種復雜的操作。工業(yè)機器人的運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。隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人會朝著智能化的方向發(fā)展?；诠I(yè)機器人的工業(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，同時們還能對生產(chǎn)質量進行保證，且無需休息，只需做好日常維護即可實現(xiàn)全天候的工作，故受到了企業(yè)和研究人員的高度關注。

2 基于自動生產(chǎn)線的工業(yè)機器人技術

工業(yè)生產(chǎn)任務較為復雜且繁重，且其中還隱藏著安全風險，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)對人的身體素質和技術水平提出了嚴格的要求，再加上人在工作一段時間后需要休息，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)所應用。本文接下來會對基于自動生產(chǎn)線的工業(yè)機器人技術進行分析，如下所述：

2.1 運行方式的選擇。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。據(jù)了解得知，不同工業(yè)生產(chǎn)領域對工業(yè)機器人運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，尤其是在進行板料對中時，還需要合理選擇對中方式，在眾多對中方式之中，光學對中較為常用，而機械對中和重力對中的應用較少。在板料對中完成后，工業(yè)機器人需要進行上料，之后，方能進行沖壓生產(chǎn)。沖壓生產(chǎn)流程結束后，工業(yè)機器人會根據(jù)事先輸入的指令，重復執(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[2]。

2.2 系統(tǒng)的組成。通過上述分析可知，沖壓自動生產(chǎn)由多個工序構成，工業(yè)機器人在每個工序中都承擔著重要的任務。以此為基礎，構建的自動化生產(chǎn)線，也由多個系統(tǒng)構成，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)中應用工業(yè)機器人，可以使柴垛效率和質量大幅度上升，同時，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，只需進行適當?shù)木S護，即可實現(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，為提升分料的精準性，還在系統(tǒng)中應用了分張器，這種設備的功能為分料，從而使進料更加合理。輸送帶會將板料傳送到涂油機。為了提升工業(yè)機器人取料的效率，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，主要是在拉延時進行涂油，可以保證涂油的全面性，實現(xiàn)對料板滑移線的清除，不僅可以提升加工精度，還能增強成品的防腐能力[3]。

2.3 控制系統(tǒng)。基于工業(yè)機器人的自動生產(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)運行穩(wěn)定性存在密切的關聯(lián)。在實際生產(chǎn)階段，總線是實現(xiàn)設備和物理層數(shù)據(jù)交換的主要載體，現(xiàn)階段，各種先進的總線技術被應用于工業(yè)生生產(chǎn)之中，在眾多總線技術中，EPA 技術的應用較為廣泛，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。在應用這項總線技術時，可以對監(jiān)控網(wǎng)絡和DCS 系統(tǒng)進行合理運用，以實現(xiàn)對工業(yè)機器人動作的實時監(jiān)控和控制，防止工業(yè)機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。物理層設備都具有開放性的特點，彼此之間可以進行信息的共享，有助于工作人員利用系統(tǒng)，獲取所需的信息，并在此基礎上，制定解決問題的方案，從而使工業(yè)機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，能夠對系統(tǒng)運行情況、操作流程進行顯示，具有可視化的特點，技術人員可以借助操作平臺，對系統(tǒng)狀態(tài)進行掌握，及時發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患，使系統(tǒng)運行質量得到保證。

2.4 安全系統(tǒng)。為保證自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的運行安全，對工業(yè)機器人可能會出現(xiàn)的故障進行控制，采取安全防護手段尤為關鍵。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)部設備都保持獨立運行的狀態(tài)，但依然存在一些設備重疊區(qū)域，如果不采取有效的措施對其進行控制，重疊區(qū)域的工業(yè)機器人可能會產(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)復雜程度較高，需要技術人員做好系統(tǒng)的調配工作，比如：設計工業(yè)機器人參數(shù)或調整其運行方式。目前，硬件和軟件保護在保護自動化生產(chǎn)線上取得了良好的效果。如果具備相應條件，工業(yè)企業(yè)可以同時采取兩種保護措施，構建安全防護體系，在最大限度上，對可能會出現(xiàn)的故障進行預防和控制。

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

2.6 工業(yè)機器人技術未來發(fā)展趨勢。通過查閱資料得知，工業(yè)機器人技術正處于高速發(fā)展的時期，其價值和作用受到了人們的重視，柔性機器人技術、腦機接口技術、情感識別等技術是工業(yè)機器人未來發(fā)展方向，簡言之，工業(yè)機器人技術會將人類作為發(fā)展目標，不斷進行發(fā)展。一旦這些技術成為現(xiàn)實，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)時代會正式開啟。

工業(yè)機器人技術的發(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)機器人為基礎的自動化生產(chǎn)線，對傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線進行取代，會導致大量工人失業(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)調好人與及其間的關系，值得我們?nèi)パ芯亢完P注。

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