芻議基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化裝配線研究

陳國(guó)利

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化以及智能化。由于工業(yè)機(jī)械人可以二十四小時(shí)持續(xù)工作，使生產(chǎn)效率得到了極大的提高，并節(jié)約大量的人力資源投入，使生產(chǎn)成本得以有效的降低，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了工業(yè)及制造業(yè)的發(fā)展。該文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化裝配線進(jìn)行了研究，希望對(duì)于工業(yè)的一線生產(chǎn)以及裝配線的自動(dòng)化有所幫助，并提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用自動(dòng)化裝配線構(gòu)建

中圖分類號(hào)：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Research on Automatic Assembly line Based on Industrial Robot

CHEN Guoli

（Hunan Industrial agent Innovation Research Institute Co.， Ltd.， Changsha， Hunan Province， 410000 China）

Abstract：In industrial production， the application of industrial robot realizes the automation and intelligence of assembly line. Because industrial robots can work continuously for 24 hours， the production efficiency has been greatly improved， a lot of human resources investment has been saved， the production cost has been effectively reduced， the economic benefits of enterprises have been improved， and the development of industry and manufacturing industry has been promoted. This paper analyzes the structure and characteristics of industrial robot， and studies the automatic assembly line based on industrial robot， hoping to help and provide reference for the automation of industrial front-line production and assembly line.

Key Words： Industrial robot; Application; Automatic assembly line;Structure

工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用是裝配生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以及自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是最重要的核心要素。世界上許多先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)投入了使用，我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但發(fā)展速度較快，并進(jìn)行了較大的創(chuàng)新以及突破，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域普及的速度較快，為我國(guó)裝配行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化奠定了良好的基礎(chǔ)。

1工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介

工業(yè)的機(jī)器人一般由控制系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及主體三部分組成。主體部分負(fù)責(zé)動(dòng)作，對(duì)人體的動(dòng)作進(jìn)行模擬，完成分揀、抓取、放置、搬運(yùn)等動(dòng)作。控制系統(tǒng)有數(shù)據(jù)層、物理層、人際交互平臺(tái)三部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由手、腕、臂組成，完成的動(dòng)作自由度決定著其功能，一般可以達(dá)到三個(gè)以上的自由度，而一些精密且復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人，可以達(dá)到七個(gè)以上的自由度。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)等同于人的大腦，其通過(guò)預(yù)先編制好的程序發(fā)出各種指令，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等同于人的肌肉與骨骼，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的指令信號(hào)接收，并與執(zhí)行系統(tǒng)配合，完成各種任務(wù)。

由于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化程度較高，且可以做出各種復(fù)雜的動(dòng)作，因此，可以在復(fù)雜的環(huán)境下替代人類完成工業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人既可以按照事先編寫(xiě)的程序來(lái)保證其運(yùn)行，同時(shí)，也可以由相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行手動(dòng)的操作。工業(yè)機(jī)器人具備了工作效率高，動(dòng)作準(zhǔn)確、持續(xù)工作的特點(diǎn)。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在裝配、沖壓、包裝、噴涂、檢測(cè)等領(lǐng)域被得以廣泛的應(yīng)用。

2工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配線應(yīng)用的意義

在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械的制造常常是以流水線的方式來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，因此，設(shè)備的智能化對(duì)于機(jī)械制造的水平具有較大的影響。而自動(dòng)化的裝備線就是利用工業(yè)機(jī)器人取代了傳統(tǒng)的人工操作，裝配設(shè)備與機(jī)器人進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過(guò)輸送系統(tǒng)以及裝配系統(tǒng)完成產(chǎn)品的裝配，檢測(cè)，標(biāo)識(shí)以及包裝等流程。由于工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)，使裝配更加標(biāo)準(zhǔn)化，避免了由于人工操作不當(dāng)造成的誤差，穿使產(chǎn)品的質(zhì)量得到了較大的提升，生產(chǎn)的效率極大提高，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榱思夹g(shù)型生產(chǎn)，促進(jìn)了機(jī)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，提高了制造業(yè)的水平。

3基于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配線構(gòu)建的有效策略

3.1針對(duì)裝配產(chǎn)品合理的進(jìn)行全局規(guī)劃

想要構(gòu)建出合理的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線，首先要從裝配的產(chǎn)品出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)容以及裝備的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而制訂出科學(xué)的、合理的全局性的規(guī)劃。并對(duì)傳輸方案進(jìn)行多方的論證，在多個(gè)傳輸方案中進(jìn)行對(duì)比，選出最優(yōu)的方案。前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的傳輸技術(shù)一般采用異步傳輸?shù)姆绞健＿@種方式由于定位較為準(zhǔn)確，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，投入成本較低，因此其可行性較強(qiáng)[1]。

3.2對(duì)裝配技術(shù)的特點(diǎn)和效率進(jìn)行分析

為了使工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化裝配線完美的結(jié)合，還要對(duì)現(xiàn)有的裝配技術(shù)的特點(diǎn)和效率進(jìn)行研究，將裝配的動(dòng)作進(jìn)行逐一的分解，分析每一個(gè)步驟存在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并盡可能地進(jìn)行優(yōu)化，使之能夠充分地滿足自動(dòng)化及智能化的需求。另外，還要把機(jī)器人自動(dòng)裝配和手工裝配兩種方式進(jìn)行對(duì)比，分析兩者間的利弊。從而使工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的性能的優(yōu)化。例如，通過(guò)分析和研究獎(jiǎng)裝配的步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，使裝配的動(dòng)作能夠更加簡(jiǎn)單和高效，或者在指定的工位進(jìn)行零件的安裝，從而使工作的流程得以簡(jiǎn)化，使產(chǎn)品的裝配時(shí)間得以縮減，使工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的效率得到提高[2]。

3.3合理構(gòu)思每一個(gè)工位的裝配動(dòng)作

由于所裝配的零件的特點(diǎn)以及裝配的要求都不盡相同，因此對(duì)不同的工位的裝配動(dòng)作進(jìn)行分析，看工業(yè)機(jī)器人的裝配功能是否在本工位適用，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)工位裝配動(dòng)作存在的缺陷，不斷地進(jìn)行重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)，從而完善工位的裝配動(dòng)作，保證不同的宮位擁有不同的功能，從而使工業(yè)機(jī)器人與裝配設(shè)備完美的契合，是產(chǎn)品的零件組裝、加油、裝箱以及檢測(cè)能夠順利地完成。

3.4裝配零件的改造設(shè)計(jì)

要對(duì)需要裝配的零件進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)，而使零件更加適合于自動(dòng)化的裝配生產(chǎn)線。提高自動(dòng)裝配的效果。對(duì)裝配零件的改造設(shè)計(jì)，要根據(jù)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行分析，結(jié)合自動(dòng)化的裝配生產(chǎn)線對(duì)零件的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行創(chuàng)新，從而保證更加適合于智能化和自動(dòng)化的裝配，從而更加容易簡(jiǎn)化生產(chǎn)線的從事方式，提高定位的精確度，使裝配出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠符合要求，同時(shí)，使設(shè)備的故障率得降低，生產(chǎn)效率得到保證[3]。

3.5構(gòu)建良好的控制系統(tǒng)

若想保證工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配線的穩(wěn)定運(yùn)行，需要構(gòu)建出一個(gè)良好的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)層，物理層以及人機(jī)交互平臺(tái)三部分組成。其中，數(shù)據(jù)層在控制系統(tǒng)中十分的重要。自動(dòng)化的裝配線中還有大量的數(shù)據(jù)，特別是自動(dòng)化設(shè)備和物理層之間的數(shù)據(jù)傳輸。在構(gòu)建時(shí)可以采用以太網(wǎng)技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用及用線量較少，數(shù)據(jù)傳輸效果較好。物理層，其主要的功能是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，同時(shí)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行感知。由于物理成龍的設(shè)備具有開(kāi)放性，EPA以及PLC技術(shù)的應(yīng)用，保證了與數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)的傳輸和交換，同時(shí)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行實(shí)況能夠及時(shí)準(zhǔn)確地掌握，使工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作路徑清晰準(zhǔn)確，從而能夠?qū)Ω黜?xiàng)指令進(jìn)行很好的完成。人機(jī)交互平臺(tái)是整個(gè)控制系統(tǒng)之中的關(guān)鍵。他對(duì)裝配線的操作實(shí)況進(jìn)行顯示，對(duì)整個(gè)工作流程進(jìn)行管理。系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)潔柔人機(jī)交互平臺(tái)來(lái)進(jìn)行控制，同時(shí)可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，有相關(guān)的技術(shù)人員采取針對(duì)的措施，及時(shí)地進(jìn)行排解，保證整個(gè)裝配線運(yùn)行的順暢。人機(jī)交換平臺(tái)的中控操作軟件可以選擇浙大中控的Configuratiom或者A d-vantrolpro。觸摸屏可以使用siemens觸摸屏[4]。

3.6加強(qiáng)安全防護(hù)

工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配線雖然劃分出了不同的區(qū)域，設(shè)備的運(yùn)行也限定在一定的范圍內(nèi)。但是仍然會(huì)出現(xiàn)部分重疊的情況，因此，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，為安全生產(chǎn)埋下隱患。因此，一定要建立健全的安全系統(tǒng)，加強(qiáng)安全的保護(hù)措施，對(duì)重疊的區(qū)域進(jìn)行有效的控制。同時(shí)針對(duì)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)配，確保其能夠準(zhǔn)確而高質(zhì)量地完成下達(dá)的指令。例如，從硬件措施上進(jìn)行加強(qiáng)，設(shè)立起監(jiān)控系統(tǒng)，提高抗干擾的能力。或者是利用PLC技術(shù)，做好預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)地對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警，從而保證裝配線的安全運(yùn)行。同時(shí)，構(gòu)建模擬仿真系統(tǒng)并進(jìn)行離線編程的操作，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求來(lái)進(jìn)行裝配線的設(shè)計(jì)，仿真機(jī)器人的速度以及負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)的路徑，從而加強(qiáng)運(yùn)行的安全保護(hù)[5]。

4工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配線的技術(shù)要點(diǎn)

在工業(yè)生產(chǎn)中，由于工業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度較高，且流水線的方式具有一定的危險(xiǎn)性，而工業(yè)機(jī)器人組件的自動(dòng)化裝配線，可以代替人來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)于不同的裝配生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)線的構(gòu)建也存在著很大的區(qū)別，但在研制和構(gòu)建過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)。

4.1 輸送技術(shù)

產(chǎn)品的裝配有一個(gè)極其復(fù)雜的流程，而其中的核心就是輸送技術(shù)。輸送技術(shù)的優(yōu)劣不但決定著生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)方式，同時(shí)，還對(duì)定位的精確度以及生產(chǎn)效率和成本有著直接的影響。因此，在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線的研制和構(gòu)建時(shí)，需要優(yōu)化傳輸技術(shù)。目前，由于直接輸送定位技術(shù)具備的傳輸速度較快，定位十分準(zhǔn)確，且生產(chǎn)效率較高特點(diǎn)，因此，在進(jìn)行自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線組建時(shí)十分受到青睞，應(yīng)用得較為廣泛[6]。

4.2 裝配專機(jī)

由于產(chǎn)品的不同，對(duì)于裝配的需求也就不同，因此，裝配裝機(jī)也成為了工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線研究以及組件的重要內(nèi)容。在進(jìn)行研制和組建時(shí)，要根據(jù)產(chǎn)品的類型和特點(diǎn)進(jìn)行裝配專機(jī)的設(shè)計(jì)，從而保證工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化性能。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在進(jìn)行裝配時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的產(chǎn)品進(jìn)行裝配，而這就要求裝配專機(jī)但性能必須滿足這一需求，能夠?qū)?shù)量較多的產(chǎn)品進(jìn)行同時(shí)的作業(yè)，并使裝配的質(zhì)量得以保證。

4.3 工業(yè)機(jī)器人以及末端操作器也是其中的要點(diǎn)

在裝配生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)，需要大量的機(jī)器人來(lái)完成一些復(fù)雜的裝配任務(wù)，因此，對(duì)于機(jī)器人的作業(yè)方式進(jìn)行仔細(xì)的研究和論證，通過(guò)對(duì)氣吸式、卡裝飾等多種抓取方式的，保證機(jī)器人的裝配功能，使之能夠更好地完成裝配任務(wù)。而末端操作器是使裝配工作能夠順利完成的保證，是其中重要的設(shè)備之一，因此，要對(duì)這些機(jī)器進(jìn)行創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行[7]。

4.4 要加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的巡查與維護(hù)

工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的智能化與自動(dòng)化的特點(diǎn)，使之能夠獨(dú)立地完成復(fù)雜的裝配任務(wù)，但機(jī)械并不是萬(wàn)能的，在運(yùn)行的過(guò)程中，仍然會(huì)出現(xiàn)故障。因此，需要完善的監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配線的監(jiān)管，同時(shí)，安排相關(guān)的操作人員進(jìn)行巡檢，定期定時(shí)地進(jìn)行巡查與維護(hù)，避免因機(jī)械故障造成的重大經(jīng)濟(jì)損失。另外，要定期地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題和故障隱患，并加以解決，提高生產(chǎn)線的性能，使工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的使用壽命得以提升[8]。

5結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人與裝配生產(chǎn)線的結(jié)合，提高了裝配的效率以及質(zhì)量，其在機(jī)械、儀表、家電等產(chǎn)品的裝配中得以廣泛的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，企業(yè)若想在競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)，只有加大科技的投入，應(yīng)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，才能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的投入，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，保證企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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