淺述機器人在汽車制造領域中的應用

劉元軍

摘 要：隨著科技的高速發展和人類工業文明的進步，全球已經進入工業4.0的時代，當前制造工業發展的主題是智慧工廠+智能制造，在人類工業文明發展的歷程中，其中工業機器人始終扮演著至關重要的角色，工業機器人在制造領域應用也越來越廣泛，工業機器人的發展也越趨智能化，并且正在向深度學習方向邁進。本文著重從工業機器人在汽車制造領域發展，來深入淺出介紹機器人在傳統汽車制造以及智能汽車制造領域中的相關應用，并對當前工業機器人在汽車制造工業中的發展趨勢進行簡要的分析和探討，同時對工業機器人將來在高度智能化汽車制造領域中的應用前景進行設想和歸納。

關鍵詞：工業 機器人 汽車 制造 自動化 智能化 應用 前景

The Application of Robot in Automobile Manufacturing Field

Liu Yuanjun

Abstract：Along with the rapid development of science and technology and the progress of industrial civilization，the world has entered the industrial age，4.0 is the theme of the current manufacturing industry to develop wisdom + smart manufacturing factory. In the development of industrial civilization，industrial robots play a vital role，and industrial robots is becoming more and more widely applied in the manufacturing field. The development of industrial robots is also becoming more and more intelligent，and is moving towards the direction of deep learning. This paper focuses on the development of industrial robots in the field of automobile manufacturing，to introduce the related applications of robots in the field of traditional automobile manufacturing and intelligent automobile manufacturing in a simple way，and briefly analyzes and discusses the development trend of industrial robots in the automobile manufacturing industry at present. At the same time，the application prospect of industrial robot in the field of highly intelligent automobile manufacturing in the future is envisaged and summarized.

Key words：industry，robot，automobile，manufacturing，automation，intelligence，application，prospect

1 引言

衡量一個國家制造業的自動化水平通常可用工業機器人在該國的人均密度來評估，工業機器人最重要的功能是能夠高效的節省大量人力勞作，實現人工替代，效能提升。我國工業機器人發展與應用相對世界上的發達國家起步比較晚，而日本是全球進入工業2.0時代之后最早大量應用工業機器人的國家，早在2005年以前，日本的工業機器人應用量一直占全球應用量的30%～35%以上，截止到2017年由于全球經濟一體化和各個國家的科技水平的突飛猛進，工業機器人在各個國家工業制造領域的廣泛應用，日本的工業機器人應用量下降至15%左右。2000年，我國工業機器人應用水平在全球的占比不足1%，而到2019年，該比例上升至35%，已經連續6年成為全球工業機器人的最大應用和消費市場（如圖1：工業機器人銷量，臺/年。圖2：工業機器人中國和日本在全球應用占比，臺/年）。

伴隨著工業機器人在汽車生產行業大量應用，汽車制造從勞動密集型行業逐漸轉變為技術密集型行業，汽車制造業“轉型升級”、“向高質量發展”等戰略口號也被逐步提出，這一切都離不開科技的大力發展和工業機器人的大量推廣應用。由于我國巨大的人口基數和經濟體量，決定了我國工業機器人未來的發展、應用和推廣的迫切需求，特別是汽車制造業對于機器人的使用越來越普遍，不但解決了很多以前難以解決的問題，而且提升了工作效率和生產質量，工業機器人在汽車制造行業彰顯著越來越重要的作用。

2 工業機器人在傳統汽車制造領域中的應用

2.1 工業機器人在汽車制造四大工藝中的應用

縱觀汽車制造的整個過程，不管任何工種總會找到工業機器人的身影，工業機器人在傳統汽車車身的生產過程中，越來越充當著不可替代的作用;在汽車車身的沖壓、焊接、涂裝、裝配這四大生產工藝過程中，始終有機器人忙碌的身影。我們明白傳統汽車生產行業不僅僅是勞動密集型的行業，也是技術密集型的行業。無論是在是在汽車零部件制造過程中，還是汽車整車的組裝生產過程中，均需要對各個汽車零部件的偏差以及零件的裝配精度進行嚴格控制，由于汽車的裝配質量和裝配精度要求非常高，單靠工人的自有技能和人工調試很難生產出滿意的產品，因此具有高精度、零錯誤且永不疲勞的工業機器人的應用就顯得尤為重要。

2.2 工業機器人在傳統汽車制造中的主要的應用方式

傳統汽車生產制造領域工業機器人的使用已經非常廣泛，以下是工業機器人在汽車制造過程的幾種最普遍的應用方式

（1）汽車零部件搬運工業機器人。工業機器人機械臂末端安裝抓盤或吸盤，按照指定路徑從零部堆垛位置依據特定定位裝置準確的識別并抓取零件，然后精確的搬運至指定位置，零件搬運過程中不但能行人保護還不會對零部件進行損壞。同時可根據零部件的不同外形，機器人機械臂末端可以安裝不同拾取裝置。

（2）汽車車身點焊機器人。汽車車身焊接過程中，其中點焊不但點位多而且精度和外觀要求均較高，據了解整個車身一般有3000-4000個焊點，如何高效快速并且精確的點焊，這就需要機器人來實現，在規劃好點焊路徑及安裝好特定的焊槍情況下，采用流水線焊接方式對車身的各個位置和不同的零部件進行焊接，最終得到具有較高的焊接精度車身總成（如圖3所示點焊機器人流水線）;

（3）汽車車身及零部件涂裝機器人。機器人涂裝可分為噴漆和涂膠（玻璃膠、密封膠、減震膠等等）。涂膠機器人系統主要由轉運線、涂膠泵、涂膠槍設備組成，在特定規劃路徑和涂膠指令下實現不同厚度、寬度的涂膠。噴涂機器則是通過特定的噴涂設備，然后均勻快速的對汽車零部件或者車身表面進行噴涂（如圖4為某款汽車前檔裝配所用涂膠機器人及轉運線）。

（4）汽車裝配機器人。其主要作用是通過特定的傳感器拾取裝配零件對象信息，并按照指定的定位模式通過機械手臂實現汽車零部件裝配作業，可實現大型笨重且人為操作困難的汽車零部件裝配，如汽車座椅、擋風玻璃密封、發動機總成、儀表臺、汽車輪胎等。

（5）汽車及零部件檢測機器人。檢測機器人與三坐標檢測設備相比高精度和高效率的特點，通過機器人檢測不僅能提高整車的成品率，還能對零部件的精度進行有效的控制。

3 工業機器人在智能汽車制造領域中的應用

在智能汽車制造領域其包含的技術層面有：（1）深度學習機器人技術。深度學習的來源于人工神經網絡的研究。含多隱層的多層感知器就是一種深度學習結構。機器人通過自帶的視覺傳感器和顏色傳感器額來識別零件形態，通過深度學習算法搜集大量數據，來自由的實現汽車零部件生產和制造、組裝，未來可以預見會有更加多樣化無人工廠，僅僅靠機器人實現企業正常生產及運轉;（2）自動編程機器人技術。在外界變量發生變化時，機器人可隨著變化并依據云端數據庫快速進入到自由的編程工作中，快速的識別當前零件制造狀態和環境，在產品的特征基礎之上，對編程進行合理的調整，特別是在面對較多汽車零部件品種的時候，實現快速的零部件識別、轉運、制造和組裝;（3）擬人化機器人技術。機器人的機械智能結構存在很多的特征，與人類有非常相似，比如：機器人可以像人類一樣行走，用手抓每個汽車零部件的每個部位等，通過各鐘特殊末端驅動之間的密切配合，便可進行各鐘汽車零部件生產制造的操作和檢測工作;（4）共享機器人技術。在不同的生產環境當中，機器人不再循環完成單一動作，可通過遠端設備和云端數據庫實現復雜連貫的不同動作，主動識別周圍的環境，可以完成不同工種的任務，因此體現出良好的融合性;（5）外骨骼機器人技術。 特定汽車制造工種的工人們會穿戴上機械外骨骼，在使用機械外骨骼的過程中，外骨骼能夠限制工人身上特定部位的壓力，以此來保護工人，防止工人受傷并且減輕疲勞（如圖5所示）。

4 小結

未來隨著5G、6G技術的成熟和工業4.0的深入，在汽車制造領域將呈現出機器人覆蓋率達到95%以上，具有深度學習能力的智能機器人將逐漸走進汽車制造車間，來代替汽車生產制造過程中的絕大多數工種，甚至結合將來的高度發達的3D打印技術，或許將來可實現汽車制造過程中基本不再需要工人操作即可實現整車生產。所以，未來機器人的應用將更加必不可少，其不但能對汽車智能制造的發展起到重要的推動作用，而且其彰顯的優勢作用將越來越大，因此汽車生產企業要從不同的角度出發，對機器人在汽車制造中的應用進行深入探究。

參考文獻：

[1]蘭虎.工業機器人技術及應用（第2版）.機械工業出版社，2005.

[2]鄧三鵬.移動機器人技術應用.機械工業出版社，1984.