工业机器人在柔性制造系统中的应用

李文强

（常州睿恩机器人系统有限公司，江苏 常州 213100）

柔性制造系统作为智能制造的重要标志，在处理“产品种类繁多”、“生产批量小”、“设备专用性低”的生产过程中显示出明显的优势。这是未来制造业发展的最新趋势。柔性制造系统的发展需要工业机器人技术的发展作为技术支撑。

1 工业机器人结构综述

国际标准化组织（iso） 定义：工业机器人是一种仿生、自动控制能力强、可重复编程、多功能、多自由度的操作机械。可见，工业机器人至少需要执行器（如电机、减速器等）、控制系统（如plc、单片机等）、感知系统（如各种传感器） 和机器人本体（如仿生机械结构）。用于柔性制造系统的工业机器人的主体结构包括座椅、腰部、手臂、手腕和手。工业机器人的执行机构是为机器人的机械手提供动力和运动的装置。为了实现液压驱动、气动驱动、电驱动和机械驱动，电驱动是柔性制造系统中最常用的驱动方式。电机采用步进电机或伺服电机配谐波减速器、行星轮减速器和摆线针轮减速器驱动。工业机器人传感系统的主要功能是检测工业机器人的状态、工作对象和工作环境，如安装传感器检测触觉、视觉、力觉、听觉、距离、速度等。工业机器人的控制系统相当于它的大脑中枢系统，它由plc、工业控制计算机组成，可以处理工业机器。

2 工业机器人应用分类

根据结构特点，工业机器人根据其控制方式、驱动方式、应用领域等多种标准来划分的话可以分成很多类型，其中工业机器人在柔性制造系统中的应用是重点，工业机器人按应用分类可分为搬运和堆放、点焊、电弧焊和装配、喷涂、抛光等。搬运堆垛机器人又分为AGV 和堆垛机器人，主要应用于机床上下料、自动装配线、箱体输送等场合，大大降低了工人的劳动强度。而且工人在有害环境中的工作可以被替代。点焊、电弧焊机器人广泛应用于汽车制造业，不仅劳动生产率高，而且焊接质量稳定提高。柔性制造系统中使用的装配机器人主要分为两类：puma 可编程装配操作手和scara 水平多关节机器人。装配机器人具有精度高、柔性好、工作空间小的特点。主要用于各种家用电器、小型电机、汽车零部件、玩具等的装配。

喷涂机器人可以自动喷漆或喷涂，一般采用液压驱动，动作速度快，防爆性能好，广泛应用于汽车、仪表、搪瓷等工艺生产中，可以实现离线编程，缩短现场调试时间，同时提高了喷涂效率和喷涂质量。抛光机器人通常用于提高产品或部件的表面光洁度，广泛应用于汽车制造、机械设备制造、卫浴产品制造等行业。抛光机器人与砂光机的结合，提高了生产效率和工件的光洁度，保证了磨削效果的一致性。

3 工业机器人在柔性制造系统中的应用

柔性制造系统作为工业机器人高度发展的产物，在现代制造业中得到越来越广泛的应用。柔性制造系统包括数控加工、物流仓储、智能控制和通信四个系统。它可以根据不同的加工对象自动改变制造系统，支持多种生产模式，从而提高生产效率，降低生产成本。在柔性制造系统中，通常采用工业机器人代替工人进行码垛、自动装配、装卸、抛光、研磨等作业。

3.1 工业机器人在汽车端盖柔性制造单元中的应用

以汽车端盖柔性制造单元的工作过程为例，分析了工业机器人在柔性制造系统中的应用。柔性制造单元由一个工业机器人、两台数控车床、两个数控加工中心和一个旋转上下料机构组成。工业机器人在物料的上料、下料和半成品运输过程中起着搬运物料的作用。汽车端盖毛坯、半成品、成品的人工搬运是一项艰巨的任务，劳动效率低。搬运码垛机器人能在短时间内按规定要求准确完成特定物料的搬运。

3.2 工业机器人在电镀产品抛光柔性制造系统中的应用

以电镀产品抛光磨削柔性制造系统为例，分析了工业机器人在柔性制造系统中的应用。该系统由粗抛柔性加工单元、精抛柔性加工单元和抛布柔性加工单元组成。每个加工单元包括2 台抛砂机或2 台分配抛砂机、1 台六自由度机器人和1 套材料更换系统。在粗细抛砂柔性加工单元中，采用高精度重复定位的6 自由度工业机器人将工件固定在抛砂机附近。抛砂机采用双闭环压力自动调节控制，能实时反馈工件的应力状态，保证磨削均匀。抛布柔性加工剂是电镀产品抛光过程中的重要设备。抛布的关键是保证前后抛光轮过程中抛光压力随时保持恒定。该系统采用六自由度高精度重复定位的工业机器人，将工件固定在抛布机附近。车轮电机采用变频器控制，实现无极调速。同时伺服电机控制螺杆带动抛光轮运动，不断改变工件与布轮的接触位置，实现恒压抛光控制。在柔性制造系统中，每个柔性加工单元都采用工业机器人进行研磨抛光，每个单元平均可替代5-8 名工人。其生产效率也明显提高，同时保证了产品的加工质量。

4 结语

一些传统的生产线工件或货物比较重，如装卸、码垛、搬运等，有些作业很危险，不适合工人直接作业。工业机器人在柔性制造系统中的应用，可以提高生产效率、生产质量、降低生产成本，缓解当前企业用工难的问题，也可以在一些有害环境中替代工人。工业机器人的应用对促进我国经济发展具有非常重要的积极作用，具有非常广阔的应用前景和应用市场。