孫鵬濤

（上海信息技術(shù)學(xué)校智能制造系 上海市 200331）

1 工業(yè)機(jī)器人簡述與特點

1.1 簡述工業(yè)機(jī)器人

當(dāng)代的社會的制作產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線是最主要的生產(chǎn)體系。目前我國工業(yè)機(jī)器人一般是由驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等部分組成。工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)生可以很大程度上的代替人工作業(yè)，也提高了制造業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量及效率。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，可以根據(jù)編輯好的程序?qū)C(jī)器人發(fā)出相應(yīng)的指令，更加有效的控制工業(yè)機(jī)器人完成各項操作任務(wù)。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的特點

操控工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的方式和操控數(shù)控機(jī)床有點類似，但也具有一些自己本身需要注意的特點，一般操作如下：

（1）極強(qiáng)的擬人化功能。工業(yè)機(jī)器人的擬人化功能是其最為突出特點之一。工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械手臂具備了類似于人的手臂及手腕的部分操作，通過計算機(jī)的編程控制，可以基本實現(xiàn)人類手臂的各項功能與操作。另外，在工業(yè)機(jī)器人上加入視覺傳感器、聲音傳感器及力傳感器等各種傳感器功能，可以極大的提高工業(yè)機(jī)器人對周邊環(huán)境的認(rèn)知與適應(yīng)。

（2）計算機(jī)編程。在日常的工業(yè)生產(chǎn)中，可以跟著生產(chǎn)目標(biāo)及環(huán)境，對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行計算機(jī)編程，使得生產(chǎn)作業(yè)根據(jù)的多樣化，也更加的靈活，同時節(jié)約了成本減少了損耗。

（3）工業(yè)機(jī)器人的適應(yīng)性。除了很少對專業(yè)要求極強(qiáng)的領(lǐng)域外，工業(yè)機(jī)器人能適應(yīng)大多數(shù)的生產(chǎn)任務(wù)，其通用性極強(qiáng)。搭配著各類型傳感器，使得工業(yè)機(jī)器人的繪畫功能、語音功能、制作功能等都得到了極大的提升，也擴(kuò)廣了其所適用的范圍。

組建自動化生產(chǎn)線，在我國生產(chǎn)制造業(yè)中會有很多高度危險的作業(yè)，且有時勞動強(qiáng)度也非常大、環(huán)境較為惡劣，這類工作一般不太適合人工完成，所以作業(yè)工作條件中，就需要進(jìn)行組建自動化生產(chǎn)線，用來代替人工完成這一系列的高強(qiáng)度、高風(fēng)險的作業(yè)。自動化生產(chǎn)線中的分工不同，機(jī)器人的功能也就不相同。

如圖1 所示，是根據(jù)本文中的自動化生產(chǎn)線列舉了其中的一條生產(chǎn)線（自動沖壓式生產(chǎn)線）進(jìn)行說明。

2 工業(yè)機(jī)器人的運行方式及系統(tǒng)組成

2.1 工業(yè)機(jī)器人的運行方式

在沖壓式生產(chǎn)線中，為了使得工業(yè)機(jī)器人的性能更加的穩(wěn)定。首先我們要對機(jī)器人工藝流程及動作指令進(jìn)行合理化和規(guī)范化；不同類型不同生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人，其性能也完全不同。就自動化沖壓機(jī)器人生產(chǎn)線而言。機(jī)器人要使用上料、下料及剁料、碼料等指令，在機(jī)器人生產(chǎn)過程中需要由上料機(jī)下料機(jī)器人手臂抓取材料放入模具中進(jìn)行沖壓，完成后再由下一單元的上料、下料機(jī)器人進(jìn)行第二道工序的加工。完成整個沖壓后，再由機(jī)器人將成品抓取住進(jìn)行碼垛、傳送到檢測單位進(jìn)行檢測。

圖1：自動沖壓式生產(chǎn)線

2.2 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

當(dāng)代的自動化沖壓生產(chǎn)線機(jī)器人中，其組成部分主要包括：拆剁、碼垛、上下料、運輸及沖壓等幾道工序組建而成。而工業(yè)機(jī)器人自動化沖壓生產(chǎn)線主要是包括：拆剁及上、下料系統(tǒng)和碼垛系統(tǒng)幾個部分組建而成。在拆剁、碼垛及上下料工序中一般是由機(jī)器人代替完成了一系列工作，可以很大程度上的提高拆剁、碼垛、上下料環(huán)節(jié)的工作效率、工作質(zhì)量及安全質(zhì)量等。其中拆剁、碼垛系統(tǒng)一般是由 AGV 物料車、循環(huán)雙向剁料臺、智能傳送帶及機(jī)器人共同組建完成的，沒有人工的參與，可以保證24 小時的不間斷作業(yè)。機(jī)器人傳送帶在傳送板料的過程中還會進(jìn)入涂油機(jī)對其進(jìn)行涂油處理。板料本身具有很大的拉延性，涂油完成后，機(jī)器人還會對所有的沖壓零件進(jìn)行按時間或者數(shù)量進(jìn)行抽檢，保證整個生產(chǎn)線的完美度。

2.3 工業(yè)機(jī)器人的計算機(jī)控制系統(tǒng)

我國柔性制造系統(tǒng)中一般分為數(shù)據(jù)層、物理層及人機(jī)交互平臺這三個主要的組成部分。

（1）數(shù)據(jù)層：是計算機(jī)控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分之一，在整個生產(chǎn)過程中發(fā)揮著十分巨大的作用。數(shù)據(jù)的傳輸及分析的都會直接影響到系統(tǒng)運行的可靠性及安全性。數(shù)據(jù)層一般分為數(shù)據(jù)傳輸及分析，在自動化生產(chǎn)過程中起到了十分重要的作用。且各個物理層間數(shù)據(jù)交換主要也是依靠實際現(xiàn)場的總數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。

（2）我國目前計算機(jī)控制系統(tǒng)里一般采用的總線技術(shù)有 Profinus 及 EPA 實時以太網(wǎng)等。其中EPA 具有現(xiàn)場總線布置及用線量少等的優(yōu)勢和特點，能夠極好的適應(yīng)自動化沖壓生產(chǎn)過程的使用。工業(yè)機(jī)器人沖壓自動化生產(chǎn)中應(yīng)用EPA 技術(shù)可以更好的通過 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行對接，最后使用 DCS 系統(tǒng)進(jìn)行集中或控制。通過此種類型的方法可以在一定程度上提升控制系統(tǒng)實際使用時的安全性及穩(wěn)定性。

（3）物理層一般是由控制站及操作站等部分做成，其主要的作用是進(jìn)行整體的數(shù)據(jù)收集及感知。物理層設(shè)備一般都是開放性的設(shè)備，可以通過 EPA 及PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，更加方便控制系統(tǒng)可以對其進(jìn)行實時狀態(tài)的操作，從而更加有效的實施對設(shè)備動作路徑的控制，從而達(dá)到提升動作的執(zhí)行準(zhǔn)確度。

（4）人際交互平臺是控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分，其功能是顯示生產(chǎn)過程中具體的操作流程、系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備故障等相關(guān)信息的可視化平臺。我們通過人機(jī)交互平臺，計算機(jī)控制系統(tǒng)中工作人員可以直接觀看和操控整個系統(tǒng)，最終可以及時的發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)所存在的問題，可以及時的給與解決，從而可以進(jìn)一步保證整個系統(tǒng)的高效穩(wěn)定的進(jìn)行工作。

2.4 安全系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人安全系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)線中最關(guān)鍵的一部分。是對自動化生產(chǎn)線中的各種方式進(jìn)行安全保護(hù)措施，確保工業(yè)機(jī)器人在工作作業(yè)中盡可能的減少故障問題。控制系統(tǒng)一般較為復(fù)雜，所以安全系統(tǒng)對機(jī)器人控制系統(tǒng)可以夠起到極好的調(diào)配作用，而且還可以通過 PLC 實現(xiàn)實時監(jiān)控，在機(jī)器人生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障可以立即報警，從而可以達(dá)到故障位置的可視化，進(jìn)一步確保了整個自動化生產(chǎn)線的安全、穩(wěn)定、可靠。

3 工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造

當(dāng)代的工業(yè)機(jī)器人大都由傳感系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、控制器系統(tǒng)與操作機(jī)所組成。簡單來說也就是工業(yè)機(jī)器人是由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、主體 3 主要部分所構(gòu)成。

具體如下：

（1）控制系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是將需要執(zhí)行的作用的程序錄入到該機(jī)器人電腦設(shè)備中，利用電腦程序驅(qū)動機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)。

（2）驅(qū)動系統(tǒng)，機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)中包括了傳動裝置和動力系統(tǒng)兩部分，能夠完成控制系統(tǒng)下達(dá)的作用任務(wù)。

（3）主體，機(jī)器人主體是包括手部、腕部于臂部三部分，當(dāng)然小部分特殊要求的機(jī)器人還具備行走功能，裝配了行走所需要的裝置。大多數(shù)的機(jī)器人都有 3 到8 個自由運動度。

（4）機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信。通過連接高科技的網(wǎng)絡(luò)給予機(jī)器人更加自由、更加網(wǎng)絡(luò)化的功能，可以讓讓機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)更加的完善。

（5）并聯(lián)機(jī)構(gòu)。這種類型的技術(shù)其實是數(shù)控技術(shù)的拓展表現(xiàn)，屬于工業(yè)機(jī)器人的外延技術(shù)。該項技術(shù)使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，以便于可以完成更加高精度的加工和高精度測量作業(yè)。此項技術(shù)的出現(xiàn)為工業(yè)機(jī)器人的一體化提供了更高技術(shù)層面上的支持。工業(yè)機(jī)器人是可以在很多環(huán)節(jié)，情景下完成各種作業(yè)、重復(fù)編程及自動操作的自動生產(chǎn)設(shè)備，因此得到了非常多廠家的青睞。

4 工業(yè)機(jī)器人控制設(shè)計

在當(dāng)下現(xiàn)代化工廠中，工業(yè)機(jī)器人早已經(jīng)是不可或缺的一部分了，工業(yè)機(jī)器人代替了流水線工人，節(jié)約了大量的人力資源。工業(yè)機(jī)器人操作與控制需要結(jié)合其特定的工作位置給予相應(yīng)的程序設(shè)計。例如汽車車架的生產(chǎn)電腦程序師就需要結(jié)合具體的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)組織給與設(shè)計，編入機(jī)器人程序中。

具體如下：

（1）程序員需要了解車架焊接要求與工藝，根據(jù)具體的工藝要求總結(jié)好焊縫數(shù)量和焊接點數(shù)量，以此為準(zhǔn)點來確定機(jī)器人的作業(yè)范圍和作業(yè)特點[1]。

（2）程序員針對焊接要求、焊接工藝要求，使用工業(yè)機(jī)器人編程語言對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行編程。

大多數(shù)的編程方法有 2 種。

①示教器編程；

②軟件離線編程。

第一種是根據(jù)機(jī)器人運動路線、動作路徑來確定機(jī)器人的編程語言，使用手動方式記錄好機(jī)器人的運動點，通過一步一步的具體記錄，讓機(jī)器人掌握好具體流程。第二種是軟件編程，通過以計算機(jī)為載體的編程方式進(jìn)行操作，這種方式需要我們先行建模，然后確定工件、機(jī)器人移動情況及工作路徑。機(jī)器人的行動流程全部由軟件控制生成。結(jié)束程序編輯以程序設(shè)計以后，由專門的技術(shù)人員對其進(jìn)行調(diào)試，以此檢測該機(jī)器人的程序是不是可以達(dá)到投入使用的狀況。

5 自動化生產(chǎn)線組建研究技術(shù)

（1）運用機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)。這是現(xiàn)代技術(shù)與高科技，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)合二為一的代表，可以遠(yuǎn)距離操作工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，很大程度的確保了機(jī)器人工業(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。

（2）機(jī)器人資源管理。這套系統(tǒng)可以夠連接制造工藝資源，從而提高工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)了機(jī)器人生產(chǎn)技術(shù)實時監(jiān)測功能，確保了生產(chǎn)制造的自動化和信息化。還有就是機(jī)器人定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)可以快速制定好完整的生產(chǎn)線，打造出完整的制造信息系統(tǒng)[2]。從而提高了機(jī)器人生產(chǎn)線上的安裝的精度與質(zhì)量，打造了全線生產(chǎn)透明化。該項技術(shù)從根本上解決了智能管理需求，能夠單獨自主的處理與各個環(huán)節(jié)需要，有效的及時的處理各類突發(fā)性問題。

（3）機(jī)器人自動柔性管理技術(shù)。因為一般各企業(yè)的生產(chǎn)控制與管理流程都會十分的復(fù)雜，所以需要機(jī)器人的柔性自動化系統(tǒng)和控制一體化系統(tǒng)進(jìn)行配合支持。工業(yè)機(jī)器人自動柔性技術(shù)實際是一種可以建立系統(tǒng)功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，很大程度上的完成了系統(tǒng)開放式的控制也很好的確保了信息管理之間的無縫銜接。一般工業(yè)機(jī)器人都需要配備信息輸入與輸出兩個模塊，因為需要保證技術(shù)人員可以可靠的、輕松的操作該機(jī)器人。比如瑞典的ABB 制作的工業(yè)機(jī)器人一般會配備DSQC651 單獨的輸入模塊?，F(xiàn)在我們國家已經(jīng)建立了完整的焊裝、噴涂以及裝備機(jī)器人、弧焊機(jī)器人一體化的生產(chǎn)流水線。在我國機(jī)器人工業(yè)自動化水平飛速發(fā)展的今天，工業(yè)機(jī)器人自動化漸漸成為了企業(yè)自動生產(chǎn)主要趨勢。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)理論在全球各大企業(yè)全力使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)制造的過程中，大家都出現(xiàn)了一個擔(dān)憂，就是工業(yè)機(jī)器人代替了人工，那么社會的失業(yè)率和生產(chǎn)的安全隱患，會不會存在很大的問題。有人認(rèn)為按照當(dāng)下工業(yè)機(jī)器人發(fā)展速度及規(guī)模，有可能會讓很多人失去工作，而且智能化機(jī)器人的出現(xiàn)，會不會對人類社會造成一定的威脅。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)其實有利也有弊，工業(yè)機(jī)器人很大程度上的減少勞動者工作危險性和壓力也創(chuàng)造出了更多的社會財富。但是與之同時，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)肯定會損害到很多基層生產(chǎn)者的權(quán)益。隨著科技不斷的發(fā)展，自動化技術(shù)不斷的提升，傳統(tǒng)機(jī)器人會慢慢的被淘汰，工業(yè)機(jī)器人會向著高科技的智能機(jī)器人方向發(fā)展。

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人自動化技術(shù)肯定會在市場上占據(jù)極為重要的地位，也會為社會創(chuàng)造出更多的價值。