工業機器人自動化生產技術的實踐研究

宋博仕

（蘭州石化職業技術學院，蘭州 730060）

工業機器人是現代化科技發展下的產物。在工業生產中應用工業機器人，不僅可以減少生產人員的工作量，提升生產效率，而且可以保障生產過程的安全。尤其是一些高危作業，利用工業機器人取代人工，可以有效避免人員受到傷害。不同種類的工業機器人發揮的作用存在較大差異，在實際應用中應結合實際生產需求，選擇適合的工業機器人類型，以充分發揮工業機器人在工業生產中的優勢。

1 工業機器人的特征

1.1 工業機器人的控制功能

工業機器人的功能非常復雜，其中運動控制功能是現階段工業機器人的技術核心，具有靈活通用、可靠性高以及抗干擾能力強的優勢。工業機器人應用過程中，工程師需要通過編程確定運動類型、位置、速度及其他參數，使機器人控制系統根據運動控制算法確定機器人的最優運動路徑和運動控制參數，從而高效完成任務。在重復作業中，機器人重復定位精度至關重要。在自動化生產過程中，反饋系統可以向工業機器人及時反饋動作信息和操作位置等情況，之后通過機器人的記憶系統完整儲存反饋信息。在此過程中，如果繼續向機器人傳輸信息，工業機器人在生產作業過程中會依據之前的系統記憶完成相應指令的操作。早期工業機器人廣泛應用于汽車制造行業，如鑄造、車橋、發動機以及變速箱等制造領域。近年來，隨著我國高新科技快速發展，工業機器人運用到了更多的工業生產領域，不僅可以在高危作業中替代人工操作，還可應用于一些重復性強且過度消耗體力的工業生產，從而減少工作人員的勞動強度，提升相關產業的生產效率[1]。

1.2 工業機器人的關鍵技術

自動控制技術是工業機器人所有生產技術中最關鍵的一項技術，是工業機器人未來的主要發展趨勢。自動控制技術共涉及開放模塊、層次模塊、傳感模塊和網絡模塊4個模塊。其中：開放模塊整體采用分布式結構，利用主機控制機器人的整體工作過程；層次模塊采用分層模塊化結構，可以明確區分機器人內部的驅動層和應用層，確保兩者在運行時互不干擾；傳感模塊可以使機器人擁有自主功能，通過自主判斷環境使機器人進行自我功能修復；網絡模塊則是通過連接網絡接收和傳送數據，完成相關的操作任務。

1.3 工業機器人的應用特點

工業機器人只有在工業生產領域才能充分發揮其應用優勢。通常來說，每個工業機器人至少具備3個自由度。若機器人的功能非常復雜，則其具備的自由度往往在3個以上。通過不同自由度的有效組合，可構建多變量控制系統。全面深入分析工業機器人的控制系統可以獲知，工業機器人制造過程中充分運用了動力學原理和機構運動學原理。在實際應用中，通過對機器人進行相關設置，并利用計算機向機器人傳輸相應的指令，使其在操作過程中遵循人的意愿，可使其完成人工無法完成的特殊工作。為了確保工業機器人在操作過程中完全按照指令工作，需要借助非線性數學模型，合理設置模型參數，從而使工業機器人執行多種動作[2]。

2 工業機器人在工業生產中的應用

2.1 自動化搬運機器人在工業生產中的應用

搬運機器人的工作任務主要是完成生產過程中的搬運工作，具有通用性特征。通過更換夾具，可應用于不同的作業環境。在具體實踐中，通過對機器人安裝不同作業夾具，機器人可根據控制程序完成搬運作業，大大減少了人員工作量，提升了搬運作業效率。基于搬運機器人的應用特點，它已經實現了工業生產力領域的廣泛應用，包括食品、醫療和煙草等生產領域。搬運機器人作業狀態如圖1所示。搬運機器人的應用可以取代大部分人工作業，不僅有助于生產企業控制生產成本，提高企業經濟效益，而且有助于提升生產企業的市場競爭力，從而推動企業健康穩定發展。

圖1 搬運機器人作業狀態

2.2 機器人在產品檢測中的應用

檢測機器人的工作任務主要是檢測產品的生產質量。在實踐應用中，檢測機器人能夠充分發揮自身傳感器的功能，對檢測目標進行全方位、針對性的判斷和檢測，同時可以將檢測獲得的信息數據自動生成檢測報告。檢測機器人的工作不受時間限制，檢測結果的準確度高。與傳統人工檢測相比，機器人檢測效率更高。隨著檢測機器人的廣泛應用，檢測機器人逐漸取代了傳統人工檢測。目前，檢測機器人主要應用于藥品、半導體包裝等生產領域。與傳統作業方式相比，檢測機器人工作效率獲得了顯著提升[3]。

2.3 自動化裝配機器人在工業生產中的應用

在自動化生產領域中應用裝配機器人時，可以結合其他系統共同使用，以促進生產效率和質量的提升。在應用實踐中，以裝配機器人為核心設備，配套使用柔性自動化裝配系統，提高裝配工作的精準度和柔性。例如：在手機或家用電器裝配制造中，利用裝配機器人對各種細小零部件進行高精度裝配作業，不僅可以減少人工操作造成的誤差，而且可以結合實際生產情況，有效控制裝配機器人的生產節拍。

2.4 自動化噴涂機器人在工業生產中的應用

由于噴涂漆料等化學物質會對人體產生危害，長時間進行噴涂作業會對人體健康造成影響。此外，噴涂工作的勞動強度較大，工人無法接受長期的噴涂工作，而噴涂機器人可以很好地解決這些問題。目前，在家具制造、搪瓷和汽車生產等領域均應用了關節型噴涂機器人。這類機器人的靈活度非常高，可以有效替代人工作業。近年來，國家電網搭線作業也應用了噴涂機器人進行絕緣材料的噴涂作業，不僅大大提升了搭線作業的安全性，而且大幅度提升了工作效率[4]。

2.5 自動化激光加工機器人在工業生產中的應用

激光加工機器人主要用于工件的激光加工。在具體實踐應用中，通過采用示教盒或者離線編程等方式，對自動化激光加工機器人進行有效控制，使其自動檢測加工工件，之后根據相關指令完成工件激光加工任務。激光加工機器人可以進行工件表面處理、修復磨具以及打孔等激光加工任務，與人工操作相比，顯著提高了加工效率和質量[5]。

2.6 自動化焊接機器人在工業生產中的應用

在自動化生產過程中，自動化焊接機器人不僅具有超高的生產效率，而且能有效保障生產過程的安全，從而得到越來越多生產企業的青睞。工作中的焊接機器人如圖2所示。焊接機器人在工業生產領域中有著廣泛應用，尤其在汽車制造領域，應用優勢明顯。焊接機器人分為弧焊焊接機器人和激光焊接機器人兩種，其中弧焊焊接機器人應用范圍更加廣泛。在自動化生產過程中應用焊接機器人，不僅可以取代大量人工操作，降低生產企業的人工成本，還能有效提高生產效率和質量。與人工作業相比，自動化焊接機器人的工作效率和質量明顯較高[6]。

圖2 焊接機器人

3 結語

在自動化生產過程中應用工業機器人，不僅可以取代人工完成大量操作難度較大的工作，如一些危險性高、重復性強以及過度消耗體力的作業，而且有助于生產企業掌控生產成本，提高生產效率和質量，從而實現企業經濟效益的最大化，提升生產企業的市場競爭力，推動企業健康穩定發展。