劉元軍

摘 要：隨著科技的高速發(fā)展和人類工業(yè)文明的進(jìn)步，全球已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)4.0的時(shí)代，當(dāng)前制造工業(yè)發(fā)展的主題是智慧工廠+智能制造，在人類工業(yè)文明發(fā)展的歷程中，其中工業(yè)機(jī)器人始終扮演著至關(guān)重要的角色，工業(yè)機(jī)器人在制造領(lǐng)域應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也越趨智能化，并且正在向深度學(xué)習(xí)方向邁進(jìn)。本文著重從工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域發(fā)展，來(lái)深入淺出介紹機(jī)器人在傳統(tǒng)汽車制造以及智能汽車制造領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用，并對(duì)當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人在汽車制造工業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和探討，同時(shí)對(duì)工業(yè)機(jī)器人將來(lái)在高度智能化汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用前景進(jìn)行設(shè)想和歸納。

關(guān)鍵詞：工業(yè) 機(jī)器人 汽車 制造 自動(dòng)化 智能化 應(yīng)用 前景

The Application of Robot in Automobile Manufacturing Field

Liu Yuanjun

Abstract：Along with the rapid development of science and technology and the progress of industrial civilization，the world has entered the industrial age，4.0 is the theme of the current manufacturing industry to develop wisdom + smart manufacturing factory. In the development of industrial civilization，industrial robots play a vital role，and industrial robots is becoming more and more widely applied in the manufacturing field. The development of industrial robots is also becoming more and more intelligent，and is moving towards the direction of deep learning. This paper focuses on the development of industrial robots in the field of automobile manufacturing，to introduce the related applications of robots in the field of traditional automobile manufacturing and intelligent automobile manufacturing in a simple way，and briefly analyzes and discusses the development trend of industrial robots in the automobile manufacturing industry at present. At the same time，the application prospect of industrial robot in the field of highly intelligent automobile manufacturing in the future is envisaged and summarized.

Key words：industry，robot，automobile，manufacturing，automation，intelligence，application，prospect

1 引言

衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的自動(dòng)化水平通?？捎霉I(yè)機(jī)器人在該國(guó)的人均密度來(lái)評(píng)估，工業(yè)機(jī)器人最重要的功能是能夠高效的節(jié)省大量人力勞作，實(shí)現(xiàn)人工替代，效能提升。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展與應(yīng)用相對(duì)世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家起步比較晚，而日本是全球進(jìn)入工業(yè)2.0時(shí)代之后最早大量應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的國(guó)家，早在2005年以前，日本的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用量一直占全球應(yīng)用量的30%～35%以上，截止到2017年由于全球經(jīng)濟(jì)一體化和各個(gè)國(guó)家的科技水平的突飛猛進(jìn)，工業(yè)機(jī)器人在各個(gè)國(guó)家工業(yè)制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，日本的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用量下降至15%左右。2000年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用水平在全球的占比不足1%，而到2019年，該比例上升至35%，已經(jīng)連續(xù)6年成為全球工業(yè)機(jī)器人的最大應(yīng)用和消費(fèi)市場(chǎng)（如圖1：工業(yè)機(jī)器人銷量，臺(tái)/年。圖2：工業(yè)機(jī)器人中國(guó)和日本在全球應(yīng)用占比，臺(tái)/年）。

伴隨著工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)行業(yè)大量應(yīng)用，汽車制造從勞動(dòng)密集型行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集型行業(yè)，汽車制造業(yè)“轉(zhuǎn)型升級(jí)”、“向高質(zhì)量發(fā)展”等戰(zhàn)略口號(hào)也被逐步提出，這一切都離不開科技的大力發(fā)展和工業(yè)機(jī)器人的大量推廣應(yīng)用。由于我國(guó)巨大的人口基數(shù)和經(jīng)濟(jì)體量，決定了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展、應(yīng)用和推廣的迫切需求，特別是汽車制造業(yè)對(duì)于機(jī)器人的使用越來(lái)越普遍，不但解決了很多以前難以解決的問(wèn)題，而且提升了工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造行業(yè)彰顯著越來(lái)越重要的作用。

2 工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 工業(yè)機(jī)器人在汽車制造四大工藝中的應(yīng)用

縱觀汽車制造的整個(gè)過(guò)程，不管任何工種總會(huì)找到工業(yè)機(jī)器人的身影，工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)汽車車身的生產(chǎn)過(guò)程中，越來(lái)越充當(dāng)著不可替代的作用;在汽車車身的沖壓、焊接、涂裝、裝配這四大生產(chǎn)工藝過(guò)程中，始終有機(jī)器人忙碌的身影。我們明白傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)行業(yè)不僅僅是勞動(dòng)密集型的行業(yè)，也是技術(shù)密集型的行業(yè)。無(wú)論是在是在汽車零部件制造過(guò)程中，還是汽車整車的組裝生產(chǎn)過(guò)程中，均需要對(duì)各個(gè)汽車零部件的偏差以及零件的裝配精度進(jìn)行嚴(yán)格控制，由于汽車的裝配質(zhì)量和裝配精度要求非常高，單靠工人的自有技能和人工調(diào)試很難生產(chǎn)出滿意的產(chǎn)品，因此具有高精度、零錯(cuò)誤且永不疲勞的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用就顯得尤為重要。

2.2 工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)汽車制造中的主要的應(yīng)用方式

傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的使用已經(jīng)非常廣泛，以下是工業(yè)機(jī)器人在汽車制造過(guò)程的幾種最普遍的應(yīng)用方式

（1）汽車零部件搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂末端安裝抓盤或吸盤，按照指定路徑從零部堆垛位置依據(jù)特定定位裝置準(zhǔn)確的識(shí)別并抓取零件，然后精確的搬運(yùn)至指定位置，零件搬運(yùn)過(guò)程中不但能行人保護(hù)還不會(huì)對(duì)零部件進(jìn)行損壞。同時(shí)可根據(jù)零部件的不同外形，機(jī)器人機(jī)械臂末端可以安裝不同拾取裝置。

（2）汽車車身點(diǎn)焊機(jī)器人。汽車車身焊接過(guò)程中，其中點(diǎn)焊不但點(diǎn)位多而且精度和外觀要求均較高，據(jù)了解整個(gè)車身一般有3000-4000個(gè)焊點(diǎn)，如何高效快速并且精確的點(diǎn)焊，這就需要機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)，在規(guī)劃好點(diǎn)焊路徑及安裝好特定的焊槍情況下，采用流水線焊接方式對(duì)車身的各個(gè)位置和不同的零部件進(jìn)行焊接，最終得到具有較高的焊接精度車身總成（如圖3所示點(diǎn)焊機(jī)器人流水線）;

（3）汽車車身及零部件涂裝機(jī)器人。機(jī)器人涂裝可分為噴漆和涂膠（玻璃膠、密封膠、減震膠等等）。涂膠機(jī)器人系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)運(yùn)線、涂膠泵、涂膠槍設(shè)備組成，在特定規(guī)劃路徑和涂膠指令下實(shí)現(xiàn)不同厚度、寬度的涂膠。噴涂機(jī)器則是通過(guò)特定的噴涂設(shè)備，然后均勻快速的對(duì)汽車零部件或者車身表面進(jìn)行噴涂（如圖4為某款汽車前檔裝配所用涂膠機(jī)器人及轉(zhuǎn)運(yùn)線）。

（4）汽車裝配機(jī)器人。其主要作用是通過(guò)特定的傳感器拾取裝配零件對(duì)象信息，并按照指定的定位模式通過(guò)機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)汽車零部件裝配作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)大型笨重且人為操作困難的汽車零部件裝配，如汽車座椅、擋風(fēng)玻璃密封、發(fā)動(dòng)機(jī)總成、儀表臺(tái)、汽車輪胎等。

（5）汽車及零部件檢測(cè)機(jī)器人。檢測(cè)機(jī)器人與三坐標(biāo)檢測(cè)設(shè)備相比高精度和高效率的特點(diǎn)，通過(guò)機(jī)器人檢測(cè)不僅能提高整車的成品率，還能對(duì)零部件的精度進(jìn)行有效的控制。

3 工業(yè)機(jī)器人在智能汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

在智能汽車制造領(lǐng)域其包含的技術(shù)層面有：（1）深度學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)。深度學(xué)習(xí)的來(lái)源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。含多隱層的多層感知器就是一種深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。機(jī)器人通過(guò)自帶的視覺傳感器和顏色傳感器額來(lái)識(shí)別零件形態(tài)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法搜集大量數(shù)據(jù)，來(lái)自由的實(shí)現(xiàn)汽車零部件生產(chǎn)和制造、組裝，未來(lái)可以預(yù)見會(huì)有更加多樣化無(wú)人工廠，僅僅靠機(jī)器人實(shí)現(xiàn)企業(yè)正常生產(chǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn);（2）自動(dòng)編程機(jī)器人技術(shù)。在外界變量發(fā)生變化時(shí)，機(jī)器人可隨著變化并依據(jù)云端數(shù)據(jù)庫(kù)快速進(jìn)入到自由的編程工作中，快速的識(shí)別當(dāng)前零件制造狀態(tài)和環(huán)境，在產(chǎn)品的特征基礎(chǔ)之上，對(duì)編程進(jìn)行合理的調(diào)整，特別是在面對(duì)較多汽車零部件品種的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)快速的零部件識(shí)別、轉(zhuǎn)運(yùn)、制造和組裝;（3）擬人化機(jī)器人技術(shù)。機(jī)器人的機(jī)械智能結(jié)構(gòu)存在很多的特征，與人類有非常相似，比如：機(jī)器人可以像人類一樣行走，用手抓每個(gè)汽車零部件的每個(gè)部位等，通過(guò)各鐘特殊末端驅(qū)動(dòng)之間的密切配合，便可進(jìn)行各鐘汽車零部件生產(chǎn)制造的操作和檢測(cè)工作;（4）共享機(jī)器人技術(shù)。在不同的生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中，機(jī)器人不再循環(huán)完成單一動(dòng)作，可通過(guò)遠(yuǎn)端設(shè)備和云端數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜連貫的不同動(dòng)作，主動(dòng)識(shí)別周圍的環(huán)境，可以完成不同工種的任務(wù)，因此體現(xiàn)出良好的融合性;（5）外骨骼機(jī)器人技術(shù)。 特定汽車制造工種的工人們會(huì)穿戴上機(jī)械外骨骼，在使用機(jī)械外骨骼的過(guò)程中，外骨骼能夠限制工人身上特定部位的壓力，以此來(lái)保護(hù)工人，防止工人受傷并且減輕疲勞（如圖5所示）。

4 小結(jié)

未來(lái)隨著5G、6G技術(shù)的成熟和工業(yè)4.0的深入，在汽車制造領(lǐng)域?qū)⒊尸F(xiàn)出機(jī)器人覆蓋率達(dá)到95%以上，具有深度學(xué)習(xí)能力的智能機(jī)器人將逐漸走進(jìn)汽車制造車間，來(lái)代替汽車生產(chǎn)制造過(guò)程中的絕大多數(shù)工種，甚至結(jié)合將來(lái)的高度發(fā)達(dá)的3D打印技術(shù)，或許將來(lái)可實(shí)現(xiàn)汽車制造過(guò)程中基本不再需要工人操作即可實(shí)現(xiàn)整車生產(chǎn)。所以，未來(lái)機(jī)器人的應(yīng)用將更加必不可少，其不但能對(duì)汽車智能制造的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用，而且其彰顯的優(yōu)勢(shì)作用將越來(lái)越大，因此汽車生產(chǎn)企業(yè)要從不同的角度出發(fā)，對(duì)機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用進(jìn)行深入探究。

參考文獻(xiàn)：

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