机械设备制造中工业机器人的应用研究

2021-01-06瞿敏敏

化纤与纺织技术 2021年3期

瞿敏敏

江苏省常州技师学院，江苏常州 213000

工业机器人是通过编程和自动控制在机械设备制造中进行自动操作的多功能自动化机械装备，其综合制造主机或者生产线，能够构成单机与多机自动化系统，在没有工作人员参与的情况下，进行自动化搬运与焊接等各种生产作业。现阶段，工业机器人技术与产业发展速度加快，在生产过程中运用甚广，已经成为现代机械设备制造生产过程中的核心高度自动化装备。

1 工业机器人概述

1.1 结构构成

工业机器人是面向工业领域的一种拥有诸多关节的机械手或者拥有很多个自由度的机器人，其能够根据提前设定的程序自动工作。工业机器人由多个部分构成，比如机座、执行机构等。其中，比较重要的一部分就是执行机构，该机构是以腕部和行走机构、臂部和手部等组合而成的，大部分工业机器人有3～6个运动自由度，腕部一般涵盖1～3个运动自由度，而驱动系统涵盖了传动机构与动力装置，是用来让执行机构产生动作的，控制系统是严格根据提前设定的程序对执行机构以及驱动系统发布的命令或者信号加以控制[1]。

1.2 关键技术

首先，开放式硬件系统。该系统主要是以开放式CPU计算模块为核心，由控制器和PLC控制单元、示教器等构成。其中，控制器和示教器运用串口总线开展通信工作，而控制单元和PLC控制单元则使用于规划机器人的姿态等诸多环节[2]。其次，开放式软件系统。在判断机器人系统能否顺利工作的过程中，通常使用对有关软件系统的判断来实现目标。通用型软件系统基础就是Linux，使用了开放式与模块式设计，根据功能需求的不同，将软件系统整合为驱动层、核心层与应用层。再次，故障自我诊断系统。机器人通过代码设置形式，以系统接受反馈信息，同时采用代码来显示，继而为操作人员检修和维护等工作的顺利进行给予相应的提示。最后，网络系统。由机器人单独操控向机器人流水线作业发展的形式，已然成为新的发展趋势，与此同时网络是必不可少的一部分，比如借助云端远程操作技术，让远程监控机器人的目标得以实现。

2 机械设备制造领域中科学应用工业机器人的探索

2.1 在汽车与电气等机械设备制造中的应用

运用工业机器人与冲压设备一起建立冲压自动生产线，使用工业机器人冲压生产线做好机械设备零部件与设备制造和装配，这一模块功能十分强大且操作方便快捷，有着一定的实用性。同时，可以使用压铸型工业机器人进行机械设备零部件生产，例如，组织一个专业技术工作对多台工业机器人展开管理和操作。伴随科技的持续发展与进步，铸造机器人技术逐步与机床技术充分融合，同时衍生出了热模锻和辊锻工业机器人，这些机械人能够做好机械设备制造压铸的每一项操作任务，有效预防人工操作的安全风险，实用性和精度较高[3]。

2.2 在机械设备制造喷涂工作中的应用

工业机器人在机械设备制造喷涂中的运用，通常是指涂装与喷漆等工作，喷涂工作中的一大问题就是漆雾和挥发的溶剂，这些物质对生态环境是有害的，还会威胁到人类的身体健康，不仅浪费材料，还会致使经济受损。因此，喷涂工业机器人诞生了，该类型的工业机器人能够自动喷涂涂料。喷涂机器人有很多优点，比如有着很强的柔性，工作范围广、喷涂质量与材料使用效率高、操作便捷且容易维护，可以进行离线编程，有效减少现场调试时间，设备利用率高，能够达到90%以上。机械设备制造中合理借助工业机器人在喷涂工作中的运用，可以解放劳动力，提高机械设备制造生产水平，提升喷涂工作效果，避免废弃油漆、溶剂随意排放出去，从而起到保护生态环境的作用[4]。

2.3 在机械设备焊接中的应用

机械设备焊接过程中，对于焊接精度有着很高的要求，同时对于人工技能水平也提出了严格的要求。此外，由于焊接工作环境十分恶劣，强度高的焊接工作对工作人员眼睛与皮肤均会造成损害，而工业机器人的运用，能够有效解决该问题。现阶段，工业机器人在机械设备焊接中运用甚广，而焊接机器人类型多样，在不同的应用场合中，选择的工业焊接机器人也是有差别的。其中，多关节机器人由于可以调节姿态，同时可以随意调整焊枪位置，运用范围较广。经过相关调查研究可以了解到，焊接机器人使用频率较高，一般用于点焊、弧焊。将该类型的工业机器人运用于机械设备制造中，可推动机械设备的高效率制造，且该种机器人技术在机械设备底盘等的制造中，运用已经相当成熟，比如，在机械设备焊接生产线中，使用自动化技术开展焊接的环节达到80%，同时在安全部件的焊接中，也采用了机器人来进行机械设备焊接工作，有效预防了人工操作造成的失误，提升了机械设备总体的安全性能。伴随机械设备焊接作业愈发复杂，焊接中，对焊缝精度要求更高，经过在焊接机器人上设置速度传感器，并且在系统设置综合电弧传感器技术，可以实现焊缝自动跟踪效果，该技术在国外机械设备制造业中运用尤为普遍，比如奥迪、奔驰等车身生产环节中，均使用了机器人激光焊接工艺。另外，一些企业在所有点焊机器人中安装了点焊标准，该种技术可以确保焊接质量和精度，在机械设备生产中，经过综合弧焊与点焊机器人的操作，可以实现同一时间中对机械设备部件展开同时加工，实现机械设备焊接生产线精简化的目标。

2.4 在机械设备制造搬运工作中的应用

机械设备制造在组织设备制造和加工、装配等过程中，必须在工厂内部搬运和摆放很多原材料与工件等，假设采用人工操作，需要花费很多的时间与精力，同时在特殊物件搬运过程中易于发生安全风险。因此，运用工业机器人承担搬运工作，可以组织工业机器人做好上下料作业与高温锻造装卸作业等。经过合理运用工业机器人取代人工搬运，可以有效减小人工劳动强度，降低管理成本，提升机械设备制造生产的安全性。工业机器人有诸多种类，其中一种可以搬运的机器人被称之为搬运机器人，该种机器人不仅可以在第一时间接收发布的指令，还可以自动运行相关工作人员提前设定的程序和AI技术指定动作，故而在各行业中应用甚广。伴随搬运机器人的使用，至今为止已经有几十万台搬运机器人被投入使用，比较常见的是用来搬运大型重物，如今，搬运机器人在机械设备制造领域应用相当成熟。四轴与六轴搬运机器人是交叉学科中研究比较多的技术。前者的特征是搬运速度，其运动轨迹近似直线，可快速搬运，一般在高速码垛、包装等工作中采用；后者比较擅长的是重大货物的搬运，通常在机械设备制造中应用较多[5]。

3 机械设备制造中应用工业机器人的未来发展趋势分析

工业机器人发展整体而言体现在如下方面：第一，工业机器人运用领域拓展与类型增加；第二，工业机器人性能提升，朝着智能化发展。前者为运用领域的拓展，后者为性能与水平的提升。机器人运用领域拓展与性能提升是彼此促进的。运用领域拓展对机器人提出了全新的要求，促进机器人技术水平提升。反之，机器人性能和智能化水平提升，让机器人持续增大运用领域。示教再现机器人是首代工业机器人，在机械设备制造中运用甚广。示教再现机器人能够依据示教程序重复作业，但是因为其对外部环境变化不具备感知功能，无法按照外部环境变化转变运动功能与工作能力，因此，在复杂环境下，该种机器人部分工作无法适用。

二代感知功能机器人，经过传感器系统能够第一时间掌握外部环境变化，同时按照变化，及时修正机器人运动。该种感知功能不但可以从环境中采集与处理各种信息，也可以经过这部分信息，识别与理解环境变化，因此二代机器人可以做好视觉引导与零件装配等复杂工作。

三代智能机器人不单单拥有感知功能，还拥有决策方面与规划方面的能力。通常来说在十分复杂的环境中，开展无法预估的工作时，对机器人要求比较高，譬如应当有触觉功能、可以自行决策和行动。智能机器人是经过任务理解功能得到相关任务，且严格按照环境理解功能采集环境周边变化信息，通过行动功能决策目标的实现方案。可是，当今机器人要实现完全自主仍然较难，因此很多技术无法完全满足自主智能机器人的要求。