工業機器人自動化生產技術的實踐探究

摘要：目前我國工業制造生產仍舊采用人工機床和數控機床進行生產加工，相對來說加工效率偏低，且存在人工失誤現象，很可能影響成品質量。工業行業的快速發展，對生產工藝的自動化水平提出了更高的要求，利用工業機器人代替人工生產成為工業制造發展的必然趨勢，也是改善工業生產效率的關鍵手段之一。我國對工業生產的自動化和智能化給予了大力的支持，鼓勵各個科研機構加大對工業機器人的研究力度。目前已有大部分工業機器人得以成功研發，并應用于實際生產過程中。據此，主要圍繞工業機器人自動化生產技術的實踐應用展開研究。

關鍵詞：工業機器人;自動化生產;傳感裝置;生產效率

中圖分類號：TP242收稿日期：2022-O5-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.08.007

我國推出的“工業4.0”計劃為工業生產和制造業的發展指明了方向，使其自動化發展進程得以有效推進。現今，我國的部分工業制造工廠已經實現了自動化生產，并借助自動化控制技術和智能化技術打破了傳統機床加工的弊端，在一定程度上提升了工業生產的效率和精度。但還有部分工業生產企業由于自身的技術水平和資金實力限制，難以引進自動化生產技術，致使無論是生產工藝還是生產設施都十分落后，嚴重阻礙了工業生產行業的整體發展。因此，應加強對工業機器人研發和推廣工作的重視，通過普及工業機器人來帶動工業制造行業的整體發展水平。

1 自動化生產對工業機器人的技術要求

目前，我國的工業機器人產業體系已經逐步完善，在高端市場中的占比也已經接近50%。相關統計數據顯示，我國的工業機器人累計安裝量高達78.3萬臺，年增長率達21%。現階段，我國的工業機器人主要應用于汽車加工和電子電氣領域中，主要類型包括電焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人和搬運機器人等。

為使工業機器人能夠成功代替人工生產，要求設計工業機器人時能夠結合工業生產和加工的技術要求，對工業機器人的功能進行合理設計。現階段的工業機器人通常會配備機械手、刀具以及傳動裝置，主要應用于裝配和生產過程中，部分工業機器人也應用于搬運環節和工業制品零部件的加工環節。在工業機器人中配置了傳感器和控制程序，因此可以實現自動化控制和智能控制的目標。同時，考慮到工業生產的基本需求，還需提高工業機器人的作業效率，并對機器人的結構進行優化設計，盡量控制機器人的占地面積。此外，在機器人的制造選材方面，需要考慮到實際作業中對機器人自身強度和結構緊湊度的要求，優先選用高強度的不銹鋼材料，且驅動裝置選用電力驅動方式，以提升工業機器人的響應速度，確保利用工業機器人更為徹底地代替人工生產，既能滿足產品生產的精度要求，又能提升工業生產的整體效率。

2 工業機器人的自動化控制技術

為達成工業機器人的自動化生產目標，需要在機器人設計中融合多種自動化生產設備以及自動化生產技術，主要包括信息技術、網絡技術、自動控制技術和智能技術等。通過多種先進技術的融合，使工業機器人的應用效率普遍提升。工業機器人的自動化控制技術主要包括以下幾個方面：

a.遠程控制技術。在自動控制技術、網絡技術以及智能化技術的綜合作用下，可實現對工業機器人的遠程控制目標。這主要是指工業機器人實際應用過程中對生產線的實際要求作出分析，并根據生產線的實際作業需求對工業機器人進行遠程控制，以提高工業生產效率，保障加工產品質量。

b.生產過程監控技術。在工業機器人參與工業生產的過程中，可以通過對生產過程的監控來了解機器人的工作效果，并且根據生產線的加工需求和裝配精度需求對工業機器人進行自動化控制。同時，能夠對各個生產環節的生產質量進行有效監控，實現工業生產的透明化管理，尤其是在遇到生產問題時，能夠及時發現并且做出應急響應。

c.柔性管理技術。因工業生產的流程十分復雜，只有做到對各類生產信息的及時反饋與匯總才能發現生產過程中存在的潛在問題，并且對生產工藝進行及時調整。而在應用工業機器人進行產品加工時，同樣需要為工業機器人配備信息輸入與輸出模塊，保障各類作業參數的高效共享，使相關技術人員能夠及時了解生產過程中的各類工藝參數，一旦發現參數異常現象則對工業機器人進行手動控制，以降低工業生產的失誤率[2]。

3 核心技術及其實踐應用

3.1 工業機器人自動化生產的核心技術3.1.1 執行控制技術

工業機器人研發的主要目的是代替人工生產，通常是將其投放于加工精度較高的生產環節以及危險系數較高的操作環節中。這要求工業機器人具備較強的可操作性，同時要求機器人手臂能夠模仿人手的構造，做到對手臂的靈活控制，使其能夠滿足一些復雜作業條件的需求。為提升工業機器人的執行控制能力，可以對其驅動系統、機械裝置的構造以及執行器進行科學改造，有效提升其動作可靠性和控制執行的精度3。

3.1.2 傳感融合技術

傳感融合技術在工業機器人中的應用是保障智能化控制的重要基礎。通常情況下，會根據工業機器人的作業要求和作業特點在其系統內部應用多個感知系統，以做到對周圍生產環境和各類生產信息的有效獲取，提高智能化控制動作的可靠性。尤其是侵入式生物傳感器可以通過對操作者情緒的判斷，來預判操作者接下來的行為，實現與操作人員的密切配合，保障生產作業的高效性。現階段的工業制造流程趨于復雜化，且涉及的工種和作業環節也十分繁雜，在此種發展趨勢下，要求工業機器人具備較強的通用性。

3.1.3 路線規劃技術

目前來看，工業機器人應用中存在無法主動避讓障礙物的問題，前期所采取的技術措施是為工業機器人設置固定的導軌，使其在統一路線上行進，以達成避開周圍障礙物的目標。而實際上，工業生產的過程十分復雜，很難避免導軌上出現障礙物的現象，這便可能導致工業機器人與障礙物碰撞，造成工業機器人損壞或者行動受阻的問題。基于此類問題，需要加深對路線規劃技術的研究，通過在工業機器人中增設傳感器來自主判別周邊環境，根據周邊存在的障礙物自行進行路線規劃，但該項技術在我國的研究不夠深入，還未實現全面應用。

3.2 工業機器人自動化生產技術的實踐應用

3.2.1 在焊接環節中的應用

在工業制造和生產領域中，焊接加工處理環節的作業壓力較大，采取人工焊接方式不僅會影響焊接效率，還會出現人工失誤，很可能對焊接工藝質量構成影響。除此之外，焊接作業過程中可能會危及人體健康。因此，可以采用工業機器人代替人工進行焊接作業。目前來看，常見的焊接機器人主要包括點焊機器人、激光焊機器人以及弧焊機器人等。尤其是在汽車制造過程中，焊接施工的頻率較大，借助焊接機器人完成焊接作業不僅能夠保質保量地完成焊接任務，還能確保焊接作業的規范性，避免其他外部因素對焊接質量的影響。

3.2.2 在裝配環節中的應用

對于一些精密化的工業產品來說，在裝配作業中對裝配動作的可靠性提出了較高的要求。如果采取人工裝配方式，不僅會影響裝配精密度，還會降低裝配作業的效率。因此，需將裝配機器人作為裝配環節中的主要設施，通過智能控制手段和自動化控制手段來提供裝配動作的可靠性，可有效滿足汽車裝配等精密裝配作業的需求。

3.2.3 在工件噴涂環節中的應用

由于工業生產中所選用的各類噴涂漆料中涵蓋大量化學物質，有很大一部分化學物質嚴重威脅人體健康，如果作業人員長期從事噴涂作業，則很可能對其人體機能造成不利影響。此外，噴涂作業環節中存在作業強度大的特性，在早期的人工噴涂作業中，需要采取多班倒的方式才能在預期時間內完成噴漆作業。而現階段，各類自動化生產技術的應用有效代替了人工噴涂作業，尤其是噴涂機器人的應用，有效解放了噴涂人員的雙手，并且可以保障噴涂漆料的均勻性。噴漆機器人多選用垂直多關節機器人，因其具備高效靈活的特性，除了可以滿足噴漆作業要求以外，在裝配、打包和焊接作業中也可適用，是我國工業機器人中銷量占比最高的一類，數據統計其銷量占比高達63%。目前在一些電網搭線作業中也借助了噴涂機器人完成絕緣材料噴涂操作，這在一定程度上提高了搭線作業安全性，降低了搭線作業的難度。

4 工業機器人自動化生產技術應用需注重的事項

a.要做到對機器人的科學選型。工業機器人屬于多軸聯動機械，其系統組成較為復雜，主要包括機械手、編程器以及相關控制元件。在具體的生產線中的應用，需要對生產流程、生產環境、技術參數要求進行綜合考慮后，再選擇適宜的機器人類型，才能充分發揮工業機器人的生產作用，達成高產高效的目標。

b.要做到對工業機器人的科學養護。由于作業環境不同，工業機器人應用中需要面臨較為復雜的生產環境，且工業機器人本身的精密化程度較高，一旦發生故障問題很難在短時間內得以修復，這無疑會影響工業生產的效率。針對此類問題，要結合工業機器人生產特性以及生產環境的不同，制訂合理的設備維護計劃，定期對機器人的控制參數進行調試，使其始終保持最佳控制狀態，這也可在一定程度上降低故障幾率，減少設備維修成本。

5 結語

就現階段的工業發展進程來看，工業機器人在工業生產中的應用已經成為一種必然發展趨勢，也是推動工業生產智能化和自動化的有力手段。我國正處于“工業4.0”計劃實施的重要階段，有了信息技術、自動控制技術以及智能化技術的大力支持，實現工業自動化生產只是時間問題。部分工業生產廠家已經逐步實現了自動化生產的目標，這也意味著邁出了工業生產自動化改革的重要一步，在今后必將迎來更為廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]馮嫦，劉慶倫，楊均保，等.基于自動化生產線的工業機器人技術分析[J].科學技術創新，2020（8）：74-75.

[2]匡鑫，夏昺宸.基于機器視覺的工業機器人分揀技術探究[J].現代制造技術與裝備，2020（1）：196+198

[3]鄭一平，劉思潔，吳文俊，等.工業機器人在服裝生產自動化系統中應用初探[J].科技與創新，2019

[4]韋香露.工業機器人在模壓刨花板自動修邊的應用[J].中國設備工程，2019（18）：143-144.

作者簡介：

楊光新，男，1988年生，工程師，研究方向為等速傳動軸制造工藝。