工业机器人在汽车制造领域的应用

金嘉琦，徐振伟，朱力勇，马佰胜，刘畅

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）

工业机器人在汽车制造领域的应用

金嘉琦，徐振伟，朱力勇，马佰胜，刘畅

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）

随着机器人的不断发展和技术水平日臻成熟，越来越多的渗透到各个领域，尤其是在汽车生产制造的工艺中起到重要作用。汽车工业的发展，在一定程度上反映了一个国家的制造业水平。所以在介绍工业机器人系统组成的基础上，对机器人在汽车制造中的应用进行分析，对提高汽车制造水大有裨益。

工业机器人；汽车制造；汽车车身

KCLC NO.:TP278Document Code:AArticle ID:1671-7988(2017)03-46-02

前言

机器人是集合了机械、电气、电子、计算机、控制、传感器、人工智能等多门科学的适用于现代化制造的综合型自动化装备。现阶段，工业机器人发展异常迅速，技术也非常成熟，已应用到汽车生产、航空航天、金属加工、电子电气、矿山开采等多个工业领域，可以实现代替涵盖如焊接、搬运、码垛、喷涂、装配、检测等多方位的人工作业功能。

在工业机器人所有应用领域中，汽车行业机器人的应用占到整体市场份额的60%以上。随着“中国制造2025”战略规划的提出，对工业机器人及其应用领域的发展提出了更高的要求。所以深入了解工业机器人的结构功能以及在汽车制造中的应用情况，对汽车行业的发展起着至关重要的作用。

1、工业机器人概述

1.1 工业机器人的系统组成

标准工业机器人（以KUKA机器人为例）由以下三部分组成：

图1 工业机器人组成部分

（1）机械手即机器人本体。机械手是机器人的机械系统主体。它是由六个活动的、相互连接在一起的关节（轴）组成的，也称为六轴机器人。各个轴的运动通过伺服电机来进行针对性的调控而实现，伺服电机通过减速器与机械手各部件相连。机械系统的部件主要由铸铝和铸钢制成。机器人本体是完成各项工作及工业生产的基础部分，在投入使用之前通常对机械手进行调试和检测，保证机器人结构完成、运行正常。

（2）控制柜。机器人的机械系由伺服电机控制运动，而伺服电机则由机器人的控制系统进行控制。控制系统的主要功能是通过连接计算机程序发送指令进而对专用控制器进行控制，驱动电机运动，以实现工业机器人在空间中的位置和姿态的改变。

（3）示教器。示教器即机器人人机交互界面，主要通过对示教器的操作来控制机器人机械系统的运动。目前工业使用最为普遍的为示教机器人，通过示教器储存输入机器人的运动轨迹生成运动程序，在通过再现模式运行储存的程序，完成示教再现的过程。

所有不包括工业机器人系统之内的设备统称为外部设备，包括工具（焊枪、抓手、喷枪等）、保护装置、夹具等等。

1.2 工业机器人的特点

工业机器人具有以下特点：

（1）柔性高。与传统的汽车生产常用焊机相比，机器人的柔性更强，对不同的车型和不同汽车部位的焊接只需要更改运行程序即可完成。

（2）可靠性高。以KUKA机器人为例，其重复精度最高可达0.02mm，而且不会出现人工操作的焊接变形等问题，可使汽车具有更好的表面质量。在车身喷涂方面，可以按照标准轨迹和涂胶量进行涂胶，并快速均匀的完成作业。

（3）功能性强。汽车生产中，车身部分工件重量较高，人工很难完成搬运和定位，而工业机器人的最高负载可达到1000KG。同时机器人可以实现24小时不停机工作，大大提高工作效率。

2、工业机器人在汽车制造中的应用

工业机器人在汽车生产的冲压、车身焊接、喷涂、总装等四大生产工艺都有广泛的应用，主要包括搬运、焊接、涂胶喷漆和车体装配等工作。下面是工业机器人在汽车制造的几种应用方式。

（1）机器人搬运。工业机器人末端法兰盘安装执行装置，方便快速的从指定位置抓取零部件并精确搬运定位到指定工位，搬运过程中不会对零部件进行损坏。根据工件的不同形状和不同状态，机器人末端可以安装不同的执行器。

（2）机器人点焊。点焊技术在汽车车身制造中占据主要地位，车身焊接的路径规划是工作人员进行焊接工艺的一个主要问题。工业机器人安装不同的焊枪运行不同的程序，可以对车身的各种位置和不同的部件进行焊接，具有较高的焊接精度和重复精度。随着汽车制造技术的发展，工业机器人与焊接技术的结合的效果也越来越好。

（3）机器人弧焊。机器人弧焊装置是在机器人本体安装送丝装置，通过传感器在计算机的控制下进行点位运动和连续轨迹运动，同时可以利用机器人直线插补和圆弧插补的功能来进行直线焊缝和圆弧形焊缝的焊接。

图2 工业机器人点焊作业

（4）机器人喷涂。机器人喷涂可分为涂胶和喷漆。机器人涂胶系统主要包括涂胶泵、涂胶枪等装置，在合理利用车身材料的物理及化学性质的基础上，机器人快速的对密封焊接和减震部位进行不同形状和厚度的涂胶。同理，机器人的喷漆系统由喷枪和喷漆泵组成，均匀快速的对车身表面进行喷漆。

（5）机器人装配。机器人是柔性自动化系统的核心设备，除机器人本体外主要组成结构是传感器和末端执行器，末端执行器针对不同的装配工件可以安装不同机构。其主要功能是通过传感器来获取机器人本体与装配对象和环境的相互信息，通过末端执行器实现装配作业。机器人主要用于汽车整车发动机总成、挡风玻璃密封、安装仪表盘、安装车门、安装轮胎等多个部件的装配。

（6）机器人检测。机器人检测系统主要包括视觉传感器和测量控制模块，主要功能是使用视觉激光测头来获取被测部件的图像信息，结合计算机模型来获取实际尺寸与理想尺寸的对比，进行部件检测反馈误差信息。机器人检测与传统三坐标测量设备相比具有快速、直观、量程大和精度高的特点，不仅提高了整车的合格率，还对改进生产工艺、减小生产误差提供了方法。

3、结语

我国汽车行业的飞速发展，更加凸显了工业机器人在汽车制造领域的重要性。工业机器人在汽车制造领域的应用也越来越广，机器人的使用大大缩短生产周期、提高了汽车的生产质量和生产效率，同时也解放了劳动力、降低了生产成本。随着中国制造2025的新格局，工业机器人的发展必将引领中国汽车行业走向下一个高峰。

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[4] 于晖.工业机器人在汽车制造业中的应用[J].湖南农机，2014,41(6)∶96-97.

The Application of Industrial Robots in Automobile Manufacturing

Jin Jiaqi, Xu Zhenwei, Zhu Liyong, Ma Baisheng, Liu Chang
( School of mechanical engineering, Shenyang University of Technology, Liaoning Shenyang 110807 )

With the continuous development of robots and the technical level has matured, more and more penetration into all fields, especially in the automobile manufacturing process plays an important role. The development of the automobile industry, to a certain extent, reflects the level of a country's manufacturing industry. So in the introduction of the composition of industrial robots on the basis of the robot in the automotive manufacturing applications in the analysis of the automobile manufacturing water to improve the great benefit.

industrial robots; automobile manufacturing; car body

TP278

A

1671-7988(2017)03-46-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.018

徐振伟（1989-），男，就读于沈阳工业大学，研究方向：工业机器人技术。