工業機器人在汽車智能制造中應用
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摘要：智能化發展是當前很多汽車制造企業探索的新路徑。工業機器人便是在此環境下產生的，在汽車智能制造中應用范圍越來越廣泛，不僅降低了人工成本，而且在我國工業制造能力提升方面發揮了較好助推力。本文通過對工業機器人特點及應用優勢進行分析，在此基礎之上研究汽車智能制造中工業機器人的構成，重點探討了工業機器人技術在零部件搬運、車體焊接、噴漆和涂膠、汽車裝配、檢測方面的具體應用，指明了工業機器人技術在汽車智能制造中未來發展趨勢。
關鍵詞：工業機器人技術；汽車智能制造；應用
0引言
隨著中國經濟的快速增長，為汽車制造業發展提供了較好的環境，推動了其轉型升級的步伐，由原來的生產型逐漸向智能化轉變。汽車制造業屬于技術密集、勞動力密集型產業，生產環節對于零部件制造精準度、質量要求較高，也正是由于其制造的特殊性，決定了汽車制造過程中先進技術應用的重要作用。特別是最近幾年，隨著消費者對于汽車數量需求量日益增大，消費市場環境逐步規范的背景下，汽車制造業為了滿足消費者多元化需求，開始將工業機器人技術應用到生產制造環節，通過此方法促進產業效能的提升，實現生產成本的降低，使企業能夠日益激烈的市場競爭中占據有利的發展地位。基于此，本文重點針對工業機器人技術在汽車智能制造中的應用進行了深入分析，希望為汽車制造行業生產效率的提升提供創新思路。
1工業機器人技術特點及應用優勢
1．1工業機器人技術特點
1．1．1靈活度較高。在生產環節，工業機器人應用的范圍較廣，操作簡單，只要根據具體情況進行相應的調整以及微小改動，便可以在較短時間內快速進入到工作狀態。如果與傳統汽車生產制造過程中使用的焊接機相比較，焊接工業機器人靈活度較高，適應性較強，在不同的生產環境下都能夠將工作任務順利完成。通常情況下，焊接機只能針對某一固定類型車型進行焊接，工業機器人則可以通過內部程序的改變，調整使用工具，便可以完成不同類型汽車加工與制造。所以工業機器人較高的的靈活度是傳統焊接機無法相提并論的，為此在時代發展進程中，必然會取代焊接機，被廣泛的應用到汽車制造過程中。1．1．2工作效率較高。汽車智能制造中，工業機器人的應用最為突出的優勢便是改進了生產方式，彌補了原來加工中的缺陷與不足。比如汽車制造中會涉及到一些較大尺寸，而且較高質量要求的零部件，如果采用傳統人工搬運的方法，工作效率會很低，并且危險系數較大，不僅會破壞到零部件功能，而且極易造成人員傷害，這些較大體積的零部件便可以由工業機器人來完成搬運工作，機器人能夠承受1t重量，只需要提前將充電工作做好即可，便能夠長時間不間斷工作，大幅度提高了汽車制造及生產效率。
1．2應用優勢
科學技術是第一生產力，在工業化時代發揮了非常重要的作用，其優勢也是人們有目共睹的。當今社會，依然是科學技術占據主導地位，工業機器人的產生便充分體現了技術得天獨厚的優勢，其以不同類型外界感知、控制系統為依據，借助機器人智能化系統集成技術，在無人的情況下完成了加工與生產任務，機械取代了人工，促進了制造業工作質量、效率的提高，實現了自動化操作與生產。工業機器人技術的應用優勢主體體現在智能化、安全性高以及低成本三個層面。在計算機技術的支持下，工業機器人可將人類語言聽懂，快速完成產品組件，即使復雜的操作對于機器人而言也是非常簡單的。在汽車制造行業會涉及到諸多細小零部件，人工很難完成，而機器人便可以利用其智能化程序將這些零部件精準化組合，這也充分體現了工業機器人智能化優勢。在工廠生產過程中有很多工序危險系數較高，人工操作極易出現誤差，例如工作流程不熟悉，疲勞工作等，進而引發了安全生產重大隱患，而工業機器人的應用便能夠將這些問題解決。除此之外，工業機器人的出現，減低了人力成本，在社會發展進程中，人的參與是非常重要的，人在工作過程中為企業、社會創造價值的同時，也在很大程度上消耗了較多的資源。如果站在企業長遠發展的視角下，每一個員工都是企業的人力成本，當人力成本與人力創造的價值相比，占比較大時，企業就會想辦法采用多種渠道將人力成本降低，或者促進人力價值的增加。而工業機器人的應用便是人力成本降低非常好的方法。企業使用員工需要投入的成本有基本工資、福利待遇、社會保險費用，職工教育費用、勞動保護費用、職工住房費用、其他人工成本等，但是如果使用工業機器人僅需要投入購機成本、安裝費用、運行電費以及維修保養費用。由此可見，工業機器人的應用需要企業投入的成本相對較低一些。
2．1執行系統
此系統主要是通過機械部件實現不同類型運動的操作，包括手部、腕部、臂部及機身四部分。其中手部機械部件主要用于工件、工具抓取，也有部分工業機器人操作過程中使用的噴槍、焊槍等和手是連接在一起的，不需要單獨設計手部；腕部連接的是臂部和手部，主要對手部動作進行控制，也有些機器人不會設置腕部，手與臂連接在一起；臂部主要是控制部與腕的運動范圍；機身是手臂部件的支撐體，驅動裝置設計在了機身部位，其中包括底電力裝置，也有些機器人會安裝專用機械手，主機附屬裝備是臂部，會將其直接安裝于主機上。
2．2驅動系統
此系統功能在于將動力源源不斷的輸送給不同的機械部件，根據驅動不同的動力源，劃分為液壓式、氣壓式、電氣式、機械式四種類型，而且不同的驅動系統，傳動方式也有所不同。液壓式驅動系統主要構成元素是油泵、油箱、電磁閥及油缸等。最大的優勢便是易操作、力度大、占用的空間較小、動作穩定，具備較強耐沖性、耐振動性；缺點是極易出現漏油事件，進而使整個系統工作效率受到影響，成本高。氣壓式驅動系統由空氣壓縮機、儲氣罐、氣缸、氣閥等組成，優點是方便維修與保養、氣源簡單、速度較快、低成本、安全性較高；缺點是體積大、操作力度較小，多使用空氣驅動，所以速度缺乏平穩性，操作時易存在較大沖擊誤差，臂力小，低于300N。電氣式驅動系統由電機提供驅動力，優點是獲取電源較為方便，信號傳輸快，也是當前使用較多的驅動系統之一；使用時需要采用減速器，AC伺服電機、DC伺服電機、步進電機等是此驅動系統常用的電機類型。機械式驅動系統主要由連桿、齒輪齒條、電機等設備組成，傳動性較好，多應用于操作較為簡單的機械手中，結構簡單，但是操作時精準度低。
2．3控制系統
此系統功能用于指揮，對驅動系統進行有效控制，根據提前設置好的操作步驟完成相應的工作任務，控制方式主要包括集中及分散兩種形式。此系統由控制總線構成，也有些體積較小的設備設置了IO、變頻器、氣閥等，主要也是通過總結完成信息交互，也有些重型設備，比如人機界面、機器人、PLC通信等借助Ethemet總結實現合理布局與設計。一般情況下PLC模塊是系統控制核心，有些擁有人機交互界面，能夠將報警信號顯示出來，或者對機器人當前工作狀態等信息進行呈現。
2．4智能系統
在工業機器人應用過程中，此系統發展速度較快，主要劃分為了分析與決策、感知兩部分，分析與決策系統主要采用的是軟件設備，感知系統則借助不同類型的硬件設備，多為傳感器，其中六維力感覺傳感器應用最多，主要安裝于手部，對手部三個方向的力、力矩感知。裝配作業中，力與力矩應用較為廣泛，在傳感器作用下感知力量，進而快速反饋，及時將姿勢進行調整，能夠大幅度減小裝配時的誤差，有利于生產質量提升。
3工業機器人技術在汽車智能制造中的具體應用
3．1零部件搬運
汽車制造過程中，零部件搬運是生產環節的工序之一，傳統制造中主要是由人工來完成，但是很多汽車零部件體積很大，如果依然由人工搬運，費時費力，而且安全性較低，極易導致零部件受損。應用工業機器人，能夠將此問題解決，機器人可以不休息，連續性的完成裝卸、搬運、碼垛等工作，與傳統人工搬運相比較，不僅速度較快，零部件受損率降低，而且搬運時動作穩當，可將零部件根據指令準確運至相應位置。但是需要注意的是，為確保機器人能夠精準搬運零部件，操作人員需要提前根據要求將不同類型的搬運工具安裝至機器人恰當部位，并設置好位置程序。待以上操作完成以后，機器人便能夠根據程序要求完成自動化搬運工作。汽車智能制造中，工業機器人在搬運過程中的應用，一方面可以降低人工成本及安全事件發生幾率，另一方面使工作人員工作量減少。
3．2車體焊接
汽車制造中車體焊接多采用的是點焊與弧焊技術，機器人進行車體焊接之前，需要工作人員將相應的焊接工具安裝到位，并設置焊接程序。設置完成以后，機器人便可以開始工作，整個過程無需人工參與，完全是自動化的焊接。機器人不僅可以使用點焊、弧焊兩種技術，而且能夠將兩種技術混合在一起使用。使用點焊技術過程中，需要工作人員為機器人提前設置自動點擊修磨器，目的就是為了利用好自動修復功能。使用弧焊技術時，工作人員則要將智能傳感器安裝至機器人相應部位，確保焊接工作能夠嚴格依據提前設置好的流程完成焊接任務，促進車體焊接工作效率及質量的提升。
3．3噴漆和涂膠
汽車噴漆與涂膠過程中，應用工業機器人優勢較為明顯，不僅能夠將涂料均勻的噴灑在車身上，而且可通過運用防爆功能，降低安全事故的發生，噴漆、涂膠工作質量有效提升。噴漆時主要針對的是車身外部，涂膠工作重點是車身連接位置，機器人噴漆工作開始之前，工作人員要將與車型相同的噴漆工具安裝好，例如噴漆槍等等。噴漆工具安裝結束以后，將程序設定好，程序中選擇同一車型參數，設置完成以后，機器人便能夠開始工作。涂膠作業開始之前，需要將相應涂膠工具安裝好，例如膠槍等等。根據提前設定好的程序及步驟，對車身連接位置進行涂膠工作。工業機器人在此環節的應用，除了基本的噴漆涂膠功能以外，還可以識別車身材質及特性，對涂膠厚度、膠形進行自動化控制，這樣可以在很大程度上減少不必要的涂料浪費。
3．4汽車裝配
汽車裝配環節機器人主要應用于零部件快速組裝，其中既包含著車門、車窗，同時還有發動機與儀表盤等多種類型的部件。為了保證汽車裝配時更加精準，工作人員要將各種類型傳感器安裝至機器人相應位置，例如觸覺、視覺、聽覺等傳感器，機器人借助傳感器能夠準確識別以及抓取需要安裝的零部件，并將這些部件快速安裝于指定部位。工業機器人在汽車裝配中的應用確保了精密性、穩定性，裝配效率提高了，工作人員工作量減輕的同時，能夠將更多的精力與時間放在技術改進與研發中。
3．5汽車檢測
汽車檢測環節，工業機器人主要應用于汽車出廠之前的檢測工作，重點是對汽車零部件尺寸進行檢測，同時還會將大量零部件進行有效歸類，方便快捷且精準可靠，無需工作人員在檢測方面花費大量時間，生產效率大幅度提高了。機器人要進行檢測時采用的是視覺傳感以及測驗控制模板將汽車圖像信息準確獲取，通過與模型進行比較，進而了解汽車零部件性能，主要對比的內容有零部件實際尺寸和模型間存在的誤差，進而判斷偏差所處范圍，為后續改進提供參數。同時機器人也會對汽車撞擊進行檢測，對速率調控，進而實現撞擊時汽車損傷最小化，保證汽車整體性能的安全可靠性。在完成相應檢測并合格以后，汽車才能投放市場出售，保證汽車使用更加安全。
4工業機器人技術在汽車智能制造中的發展趨勢
4．1車輛結構的不斷優化，探索汽車發展新思路
當前我國汽車制造過程中多使用的是金屬，極易造成環境污染。新時代新形勢新要求，國家對于環境保護越來越重視，所以汽車制造業急需尋找環保型材料取代傳統金屬材料，這樣才能將汽車燃油消耗降低，減少環境污染。當今汽車行業發展進程中，環保型、新能源、智能汽車引領了時代潮流，這也是汽車智能制造業未來發展的方向。新能源汽車制造中使用碳纖維、鋁錳合金等材料，不僅能夠使汽車重量減輕，而且環保美觀。但由于目前我國汽車智能制造、工業機器人應用系統正處于研發初期階段，各方面不夠成熟，不管是車身重量減輕方面，還是在使用強度方面，依然需要繼續進行研發與優化，盡快找到更好的代替品。
4．2點焊質量監護管理的進一步完善與優化
在汽車制造點焊質量管理中，目前我國并沒有較好的自動檢測方法，因此多使用的是人工剝離檢測法。隨著汽車行業快速發展，新興點焊質量檢測法也應運而生，電阻式電阻焊控制器便是當前比較常用的方法之一，此檢測方法主要針對需要焊接的工作件進行二次側電流以及電源輸入以后的測試，從中獲取工件焊接參數，并及時反饋至機器人控制器中，完成計算及編程以后，將點焊電流輸出，而每一個焊點處也會將電流進行存儲，進而通過此方法獲取下一焊點焊接參考數據。通過以上操作完成對點焊質量的高效監護與管理，這也是汽車智能制造過程中，機器人焊接操作未來發展的趨勢。
4．3激光技術優勢的應用以及推廣
汽車智能制造中，工業機器人激光技術應用處于推廣階段。激光技術不僅能夠實現多種金屬材料的焊接，而且與傳統焊接技術相比，其能夠保證質量，主要是由于激光焊接技術具備了高能量密度優勢，產生熱影響的區域及范圍相對較小，待冷卻以后，部件焊接位置不易出現變形。而工業機器人技術與激光焊接技術結合，能夠在很大程度上進一步推動汽車智能、自動化、高效率制造。而機器人數控系統與激光焊接技術合理應用，對于汽車生產、制造過程中焊接效率的提升非常有利，降低了誤差發生幾率，節省了人工成本，生產效能提高了。
5結語
社會經濟水平日益提高，推動了消費市場的發展，人們對于汽車的需求也逐漸提升，這也在很大程度上促進了汽車制造業的發展。隨著消費者需求的多樣化，汽車制造業升級與轉型已成必然趨勢，要想滿足消費者多樣化需求，汽車制造業要轉變理念，逐漸向智能化發展。特別是當前我國市場經濟體系日益完善，汽車制造業作為國民經濟增長中的重要力量，發展前景較好，對于工業機器人的需求量也會越來越大，推動了工業機器人由原來的“機器”逐漸向著人進化階段發展，不僅僅只是一種特殊設備，而是在關鍵環節融入了人的思維，實現了相互補充。同時將機器人與傳感技術相結合，特別是在視覺融合方法，使工業機器人適應環境變化的能力不斷增強。而數字化也是工業機器人未來發展趨勢，云計算以及云存儲技術在機器人服務方面的應用會越來越廣泛，將機器人與云端高效連接，便可以靈活運用數據中心不同的功能，例如分析、存儲相關數據等。在不久的將來，工業機器人編程以及使用會變得更加方便快捷，功能越來越齊全，不僅可以實現柔性臂、雙臂人機協同，而且安全性以及交互性更強。
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作者:陳峰 單位:閩江師范高等專科學校
