工业机器人在汽车智能制造中应用

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摘要：智能化发展是当前很多汽车制造企业探索的新路径。工业机器人便是在此环境下产生的，在汽车智能制造中应用范围越来越广泛，不仅降低了人工成本，而且在我国工业制造能力提升方面发挥了较好助推力。本文通过对工业机器人特点及应用优势进行分析，在此基础之上研究汽车智能制造中工业机器人的构成，重点探讨了工业机器人技术在零部件搬运、车体焊接、喷漆和涂胶、汽车装配、检测方面的具体应用，指明了工业机器人技术在汽车智能制造中未来发展趋势。

关键词：工业机器人技术；汽车智能制造；应用

0引言

随着中国经济的快速增长，为汽车制造业发展提供了较好的环境，推动了其转型升级的步伐，由原来的生产型逐渐向智能化转变。汽车制造业属于技术密集、劳动力密集型产业，生产环节对于零部件制造精准度、质量要求较高，也正是由于其制造的特殊性，决定了汽车制造过程中先进技术应用的重要作用。特别是最近几年，随着消费者对于汽车数量需求量日益增大，消费市场环境逐步规范的背景下，汽车制造业为了满足消费者多元化需求，开始将工业机器人技术应用到生产制造环节，通过此方法促进产业效能的提升，实现生产成本的降低，使企业能够日益激烈的市场竞争中占据有利的发展地位。基于此，本文重点针对工业机器人技术在汽车智能制造中的应用进行了深入分析，希望为汽车制造行业生产效率的提升提供创新思路。

1工业机器人技术特点及应用优势

1．1工业机器人技术特点

1．1．1灵活度较高。在生产环节，工业机器人应用的范围较广，操作简单，只要根据具体情况进行相应的调整以及微小改动，便可以在较短时间内快速进入到工作状态。如果与传统汽车生产制造过程中使用的焊接机相比较，焊接工业机器人灵活度较高，适应性较强，在不同的生产环境下都能够将工作任务顺利完成。通常情况下，焊接机只能针对某一固定类型车型进行焊接，工业机器人则可以通过内部程序的改变，调整使用工具，便可以完成不同类型汽车加工与制造。所以工业机器人较高的的灵活度是传统焊接机无法相提并论的，为此在时代发展进程中，必然会取代焊接机，被广泛的应用到汽车制造过程中。1．1．2工作效率较高。汽车智能制造中，工业机器人的应用最为突出的优势便是改进了生产方式，弥补了原来加工中的缺陷与不足。比如汽车制造中会涉及到一些较大尺寸，而且较高质量要求的零部件，如果采用传统人工搬运的方法，工作效率会很低，并且危险系数较大，不仅会破坏到零部件功能，而且极易造成人员伤害，这些较大体积的零部件便可以由工业机器人来完成搬运工作，机器人能够承受1t重量，只需要提前将充电工作做好即可，便能够长时间不间断工作，大幅度提高了汽车制造及生产效率。

1．2应用优势

科学技术是第一生产力，在工业化时代发挥了非常重要的作用，其优势也是人们有目共睹的。当今社会，依然是科学技术占据主导地位，工业机器人的产生便充分体现了技术得天独厚的优势，其以不同类型外界感知、控制系统为依据，借助机器人智能化系统集成技术，在无人的情况下完成了加工与生产任务，机械取代了人工，促进了制造业工作质量、效率的提高，实现了自动化操作与生产。工业机器人技术的应用优势主体体现在智能化、安全性高以及低成本三个层面。在计算机技术的支持下，工业机器人可将人类语言听懂，快速完成产品组件，即使复杂的操作对于机器人而言也是非常简单的。在汽车制造行业会涉及到诸多细小零部件，人工很难完成，而机器人便可以利用其智能化程序将这些零部件精准化组合，这也充分体现了工业机器人智能化优势。在工厂生产过程中有很多工序危险系数较高，人工操作极易出现误差，例如工作流程不熟悉，疲劳工作等，进而引发了安全生产重大隐患，而工业机器人的应用便能够将这些问题解决。除此之外，工业机器人的出现，减低了人力成本，在社会发展进程中，人的参与是非常重要的，人在工作过程中为企业、社会创造价值的同时，也在很大程度上消耗了较多的资源。如果站在企业长远发展的视角下，每一个员工都是企业的人力成本，当人力成本与人力创造的价值相比，占比较大时，企业就会想办法采用多种渠道将人力成本降低，或者促进人力价值的增加。而工业机器人的应用便是人力成本降低非常好的方法。企业使用员工需要投入的成本有基本工资、福利待遇、社会保险费用，职工教育费用、劳动保护费用、职工住房费用、其他人工成本等，但是如果使用工业机器人仅需要投入购机成本、安装费用、运行电费以及维修保养费用。由此可见，工业机器人的应用需要企业投入的成本相对较低一些。

2汽车智能制造中工业机器人的构成

2．1执行系统

此系统主要是通过机械部件实现不同类型运动的操作，包括手部、腕部、臂部及机身四部分。其中手部机械部件主要用于工件、工具抓取，也有部分工业机器人操作过程中使用的喷枪、焊枪等和手是连接在一起的，不需要单独设计手部；腕部连接的是臂部和手部，主要对手部动作进行控制，也有些机器人不会设置腕部，手与臂连接在一起；臂部主要是控制部与腕的运动范围；机身是手臂部件的支撑体，驱动装置设计在了机身部位，其中包括底电力装置，也有些机器人会安装专用机械手，主机附属装备是臂部，会将其直接安装于主机上。

2．2驱动系统

此系统功能在于将动力源源不断的输送给不同的机械部件，根据驱动不同的动力源，划分为液压式、气压式、电气式、机械式四种类型，而且不同的驱动系统，传动方式也有所不同。液压式驱动系统主要构成元素是油泵、油箱、电磁阀及油缸等。最大的优势便是易操作、力度大、占用的空间较小、动作稳定，具备较强耐冲性、耐振动性；缺点是极易出现漏油事件，进而使整个系统工作效率受到影响，成本高。气压式驱动系统由空气压缩机、储气罐、气缸、气阀等组成，优点是方便维修与保养、气源简单、速度较快、低成本、安全性较高；缺点是体积大、操作力度较小，多使用空气驱动，所以速度缺乏平稳性，操作时易存在较大冲击误差，臂力小，低于300N。电气式驱动系统由电机提供驱动力，优点是获取电源较为方便，信号传输快，也是当前使用较多的驱动系统之一；使用时需要采用减速器，AC伺服电机、DC伺服电机、步进电机等是此驱动系统常用的电机类型。机械式驱动系统主要由连杆、齿轮齿条、电机等设备组成，传动性较好，多应用于操作较为简单的机械手中，结构简单，但是操作时精准度低。

2．3控制系统

此系统功能用于指挥，对驱动系统进行有效控制，根据提前设置好的操作步骤完成相应的工作任务，控制方式主要包括集中及分散两种形式。此系统由控制总线构成，也有些体积较小的设备设置了IO、变频器、气阀等，主要也是通过总结完成信息交互，也有些重型设备，比如人机界面、机器人、PLC通信等借助Ethemet总结实现合理布局与设计。一般情况下PLC模块是系统控制核心，有些拥有人机交互界面，能够将报警信号显示出来，或者对机器人当前工作状态等信息进行呈现。

2．4智能系统

在工业机器人应用过程中，此系统发展速度较快，主要划分为了分析与决策、感知两部分，分析与决策系统主要采用的是软件设备，感知系统则借助不同类型的硬件设备，多为传感器，其中六维力感觉传感器应用最多，主要安装于手部，对手部三个方向的力、力矩感知。装配作业中，力与力矩应用较为广泛，在传感器作用下感知力量，进而快速反馈，及时将姿势进行调整，能够大幅度减小装配时的误差，有利于生产质量提升。

3工业机器人技术在汽车智能制造中的具体应用

3．1零部件搬运

汽车制造过程中，零部件搬运是生产环节的工序之一，传统制造中主要是由人工来完成，但是很多汽车零部件体积很大，如果依然由人工搬运，费时费力，而且安全性较低，极易导致零部件受损。应用工业机器人，能够将此问题解决，机器人可以不休息，连续性的完成装卸、搬运、码垛等工作，与传统人工搬运相比较，不仅速度较快，零部件受损率降低，而且搬运时动作稳当，可将零部件根据指令准确运至相应位置。但是需要注意的是，为确保机器人能够精准搬运零部件，操作人员需要提前根据要求将不同类型的搬运工具安装至机器人恰当部位，并设置好位置程序。待以上操作完成以后，机器人便能够根据程序要求完成自动化搬运工作。汽车智能制造中，工业机器人在搬运过程中的应用，一方面可以降低人工成本及安全事件发生几率，另一方面使工作人员工作量减少。

3．2车体焊接

汽车制造中车体焊接多采用的是点焊与弧焊技术，机器人进行车体焊接之前，需要工作人员将相应的焊接工具安装到位，并设置焊接程序。设置完成以后，机器人便可以开始工作，整个过程无需人工参与，完全是自动化的焊接。机器人不仅可以使用点焊、弧焊两种技术，而且能够将两种技术混合在一起使用。使用点焊技术过程中，需要工作人员为机器人提前设置自动点击修磨器，目的就是为了利用好自动修复功能。使用弧焊技术时，工作人员则要将智能传感器安装至机器人相应部位，确保焊接工作能够严格依据提前设置好的流程完成焊接任务，促进车体焊接工作效率及质量的提升。

3．3喷漆和涂胶

汽车喷漆与涂胶过程中，应用工业机器人优势较为明显，不仅能够将涂料均匀的喷洒在车身上，而且可通过运用防爆功能，降低安全事故的发生，喷漆、涂胶工作质量有效提升。喷漆时主要针对的是车身外部，涂胶工作重点是车身连接位置，机器人喷漆工作开始之前，工作人员要将与车型相同的喷漆工具安装好，例如喷漆枪等等。喷漆工具安装结束以后，将程序设定好，程序中选择同一车型参数，设置完成以后，机器人便能够开始工作。涂胶作业开始之前，需要将相应涂胶工具安装好，例如胶枪等等。根据提前设定好的程序及步骤，对车身连接位置进行涂胶工作。工业机器人在此环节的应用，除了基本的喷漆涂胶功能以外，还可以识别车身材质及特性，对涂胶厚度、胶形进行自动化控制，这样可以在很大程度上减少不必要的涂料浪费。

3．4汽车装配

汽车装配环节机器人主要应用于零部件快速组装，其中既包含着车门、车窗，同时还有发动机与仪表盘等多种类型的部件。为了保证汽车装配时更加精准，工作人员要将各种类型传感器安装至机器人相应位置，例如触觉、视觉、听觉等传感器，机器人借助传感器能够准确识别以及抓取需要安装的零部件，并将这些部件快速安装于指定部位。工业机器人在汽车装配中的应用确保了精密性、稳定性，装配效率提高了，工作人员工作量减轻的同时，能够将更多的精力与时间放在技术改进与研发中。

3．5汽车检测

汽车检测环节，工业机器人主要应用于汽车出厂之前的检测工作，重点是对汽车零部件尺寸进行检测，同时还会将大量零部件进行有效归类，方便快捷且精准可靠，无需工作人员在检测方面花费大量时间，生产效率大幅度提高了。机器人要进行检测时采用的是视觉传感以及测验控制模板将汽车图像信息准确获取，通过与模型进行比较，进而了解汽车零部件性能，主要对比的内容有零部件实际尺寸和模型间存在的误差，进而判断偏差所处范围，为后续改进提供参数。同时机器人也会对汽车撞击进行检测，对速率调控，进而实现撞击时汽车损伤最小化，保证汽车整体性能的安全可靠性。在完成相应检测并合格以后，汽车才能投放市场出售，保证汽车使用更加安全。

4工业机器人技术在汽车智能制造中的发展趋势

4．1车辆结构的不断优化，探索汽车发展新思路

当前我国汽车制造过程中多使用的是金属，极易造成环境污染。新时代新形势新要求，国家对于环境保护越来越重视，所以汽车制造业急需寻找环保型材料取代传统金属材料，这样才能将汽车燃油消耗降低，减少环境污染。当今汽车行业发展进程中，环保型、新能源、智能汽车引领了时代潮流，这也是汽车智能制造业未来发展的方向。新能源汽车制造中使用碳纤维、铝锰合金等材料，不仅能够使汽车重量减轻，而且环保美观。但由于目前我国汽车智能制造、工业机器人应用系统正处于研发初期阶段，各方面不够成熟，不管是车身重量减轻方面，还是在使用强度方面，依然需要继续进行研发与优化，尽快找到更好的代替品。

4．2点焊质量监护管理的进一步完善与优化

在汽车制造点焊质量管理中，目前我国并没有较好的自动检测方法，因此多使用的是人工剥离检测法。随着汽车行业快速发展，新兴点焊质量检测法也应运而生，电阻式电阻焊控制器便是当前比较常用的方法之一，此检测方法主要针对需要焊接的工作件进行二次侧电流以及电源输入以后的测试，从中获取工件焊接参数，并及时反馈至机器人控制器中，完成计算及编程以后，将点焊电流输出，而每一个焊点处也会将电流进行存储，进而通过此方法获取下一焊点焊接参考数据。通过以上操作完成对点焊质量的高效监护与管理，这也是汽车智能制造过程中，机器人焊接操作未来发展的趋势。

4．3激光技术优势的应用以及推广

汽车智能制造中，工业机器人激光技术应用处于推广阶段。激光技术不仅能够实现多种金属材料的焊接，而且与传统焊接技术相比，其能够保证质量，主要是由于激光焊接技术具备了高能量密度优势，产生热影响的区域及范围相对较小，待冷却以后，部件焊接位置不易出现变形。而工业机器人技术与激光焊接技术结合，能够在很大程度上进一步推动汽车智能、自动化、高效率制造。而机器人数控系统与激光焊接技术合理应用，对于汽车生产、制造过程中焊接效率的提升非常有利，降低了误差发生几率，节省了人工成本，生产效能提高了。

5结语

社会经济水平日益提高，推动了消费市场的发展，人们对于汽车的需求也逐渐提升，这也在很大程度上促进了汽车制造业的发展。随着消费者需求的多样化，汽车制造业升级与转型已成必然趋势，要想满足消费者多样化需求，汽车制造业要转变理念，逐渐向智能化发展。特别是当前我国市场经济体系日益完善，汽车制造业作为国民经济增长中的重要力量，发展前景较好，对于工业机器人的需求量也会越来越大，推动了工业机器人由原来的“机器”逐渐向着人进化阶段发展，不仅仅只是一种特殊设备，而是在关键环节融入了人的思维，实现了相互补充。同时将机器人与传感技术相结合，特别是在视觉融合方法，使工业机器人适应环境变化的能力不断增强。而数字化也是工业机器人未来发展趋势，云计算以及云存储技术在机器人服务方面的应用会越来越广泛，将机器人与云端高效连接，便可以灵活运用数据中心不同的功能，例如分析、存储相关数据等。在不久的将来，工业机器人编程以及使用会变得更加方便快捷，功能越来越齐全，不仅可以实现柔性臂、双臂人机协同，而且安全性以及交互性更强。

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作者:陈峰 单位:闽江师范高等专科学校