工业机器人技术在智能制造领域中的应用分析

姜 明

（山东信息职业技术学院， 山东 潍坊 261061）

引言

新形势下，我国制造业正处于产业转型阶段，虽然已经属于制造大国，但在制造技术方面还需进一步创新和提升。制造行业的转型并不是一项简单的工作，具有一定的复杂性，涉及到多方面内容，应当从各方面来进行系统化管控，抓住技术核心，充分利用现代科学技术，加强信息基础建设，明确制造行业的未来发展趋势。

1 工业机器人的相关内容

1.1 工业机器人的概念

工业机器人是指在工业领域中被广泛应用的多关节机械手、多自由度的机器装置，因其具有一定的自动性，具备实现各种工业加工制造的功能，常被应用于物流、电子、化工等领域。有关于机器人的定义，在很早之前就已经有所定论，人们对机器人的了解也越来越多，随着科学技术的日益发展，已经有部分具有单一功能的机器人被投入应用于人们的生活之中，给人们的生活带来了一定的便捷。但工业机器人的概念还未有详细的概念，定义上所坚持的基础准则相似，但在细节上有一定的差异性。国家标准化机构ISO 对工业机器人给出了简要概念，认为其是能够达成自动操控目标、可反复编程、有多个自由度的操控机器，并且还具备丰富的功能性，可运输原料、操控工具、实施一连串的操控工作[1]。这一定义被大部分国家所赞同，我国工业机器人技术的研究和发展尚处于初步阶段，工业机器人的概念会随着发展而逐步完善。我国初步尝试使用机器人来进行工业生产，是在上个世纪中后期，发展至今我国已经拥有了独有的工业机器人科研机构，而且大部分的工业机器人都拥有自动操控系统，自由度在3～6 个以上，大多数机器人的腕部位置有1～3 个自由度。

1.2 工业机器人技术在智能制造领域中的定位

为了提高我国制造行业的竞争力，促进制造行业的可持续发展，需要转变传统发展模式，推动制造业智能化转型，以创造良好的智能制造环境。这并不是一项简单的工作，需要数字化技术、人工智能技术和机器人技术等核心技术的配合。其中，机器人技术是硬件系统的核心内容，在智能制造领域中十分重要。尤其是一些高端装置的制造，对智能化水平的要求越来越高，生产车间也逐渐转变为数字车间。在数字车间中有效应用机器人，有利于提高制造业的智能化水平，促进生产效率的提升。

1.3 运用工业机器人的优势

在我国制造行业中应用工业机器人，主要有以下几个方面的优势：一是有利于实现自动化。通过工业机器人能够自动实施制造工作，代替人工完成生产制造中的部分环节，只需要设置好相应的硬件系统，发出生产指令，便能够由工业机器人独自完成。二是提高了加工制造生产的安全性。工业机器人在安全结构设计上更加精密，并设置了安全故障检测预警处理机制，一旦出现问题，便能及时报警，有利于降低设备故障率，避免发生安全事故，做到“零伤亡”。三是提高了加工制造的生产效率[2]。

2 工业机器人智能制造单元的硬件结构

为了充分发挥工业机器人技术在智能制造领域的作用，应重视工业机器人的研发和设计工作，尤其是智能制造单元的设计。硬件结构设计是智能制造单元的核心内容，直接影响着工业机器人的智能化水平，必须予以高度重视，不容忽视。在工业机器人智能制造单元设计过程中，要明确实际情况，创建相应的硬件系统。一般情况下，工业制造行业所涉及的单元基本程序涵盖了多方面的内容，如：原料、制作、检测和分拣等，所设计的工业机器人应当具备上述功能，并将这些工作程序充分体现在机器人的智能制造单元设计中。其工作流程如下：启动工业机器人系统，工业机器人就位，通过运动来拾取工业制造夹具、制造毛胚，在加工单元放置零件，自动运转CNC 进行零件加工，之后将零件取出，并对其进行打磨处理，然后把零件输送到检测单元进行全面检测，并将检测结果直接反馈给工业机器人。通过检测后的零件，要进行分拣，然后输送至传统系统中，并根据检测结果将零件输送到不同的通道中[3]。

工业机器人智能制造单元的硬件结构应当包含以下内容：一是总控系统，用于把控整个工作程序，使之顺利开展，实际生产中是利用PLC 技术来实现整体管控。二是储存单元，实际指的是制造系统的自动料仓。三是执行系统，这部分主要由工业机器人来完成。四是加工系统，主要指的是工业生产线数控机床。五是检测系统，CCD 属于检测单元。六是分拣单元及其他辅助设备。在硬件系统的创建过程中，核心是总控体系，需充分利用PLC 控制技术，以实现工业机器人加工制作的自动化，要利用远程操控系统、自动化操控系统，来完成硬件系统架构中的各项工序，把控好每一个生产制造环节中的通信，实施相应的操作和控制。例如，在实际设计过程中，可装设西门子PLC控制装置。料仓架构作为工业机器人智能制造的储存单元，用于储存原料、料坯。在接收到总控体系指令时，储存单元便会做出相应的动作，推出原料，完成原料索取工作。工业机器人是指令的执行单元，需要根据生产计划来进行运作。工业生产的数控机床则可作为制作单元，依据制造计划来进行加工[4]。在设计打磨单元时，可以利用气缸进行操作，创新加工制造打磨系统，充分发挥工业机器人的作用。利用工业机器人末端工具来代替传统的打磨系统，通过编程引导工业机器人进行零件打磨。

3 工业机器人技术在智能制造领域中的应用

3.1 工业机器人技术在钢铁行业智能制造领域中的应用

在钢铁行业智能制造领域中，所应用的工业机器人技术主要有以下几种：

1）自动拆捆机器人。在钢铁生产过程中，使用钢卷法来制造完成冷轧带钢。钢卷制造之前，应当先将钢卷拆捆，然后再进行加工。这种生产方式在一定程度上延长了钢铁生产的时间，若是引入工业机器人技术，应用自动拆捆机器人，则能够利用程序来实现自动化操控，剪断钢卷的捆带，提高拆捆钢卷这一环节的工作效率。自动拆捆机器人的机头，可使旋转操作机器横向位移，并具有自动测定功能，可确定卷边机器的捆带方位。在剪断捆带之后，自动拆捆机器人还可自动压实已经剪好的捆带，使之尺寸、体积达到最小化，并随即处置，自动卸掉废弃材料。自动拆捆机器人的应用，不仅缩短了钢铁生产周期，简化了生产流程，还有利于提高钢铁生产过程中的安全性，在操作上也更加智能化、自动化[5]。

2）自动取样机器人。在钢铁生产过程中，可利用自动取样机器人，进行自动取样操控，并做好相关的标记。自动取样装置结构包含了以下部分：一是1 个平房样板斗。二是1 套取样贴标夹具。三是4 个立放样板斗。四是平头推出机构。五是1 台机器人。通常，在完成机组取样后，可使用自动取样机器人来操控取样小车内的试样板，并对其粘贴标签，运输至料斗中。自动取样机器人的有效应用，可保证钢铁生产质量，整个生产操控流程更加稳定。

3）自动贴标签机器人。在钢铁生产过程中，应当重视冷轧制造生产环节，在打捆操作钢卷后，可利用钢卷小车将其送到工台上，每一个工台对应着钢卷上的贴标印记，由自动贴标机器人来完成，通过打印标签、拾取标签、粘贴操控等方式，高效完成贴标工作。利用自动贴标签机器人，可以充分发挥真空原理，吸附标签，计算出钢卷的宽度、直径，将贴标头机械臂移动至相应的贴标工台上，开始实施贴标作业。要注意的是，在这个该过程中，自动贴标签机器人能够先处理急需贴标的钢卷。在贴标签的过程中，机器人能够使用辊轮来压实标签，使之更加平整，并确保标签处于规定的粘贴位置上。全部工序完成之后，自动贴标签机器人恢复到最初状态，实现了贴标签环节的智能化，提高了生产效率。

3.2 工业机器人技术在医疗行业智能制造领域中的应用

在医疗保健行业发展过程中，可充分发挥工业机器人的作用促进医疗行业水平的提升。若工业机器人的处理技术能够达到医疗行业所需要的水平，那么便能够完成各类外科手术，但目前这部分还有一定的不足。工业机器人主要应用于一些材料处理等工业项目中。可利用工业机器人系统，来自动化处理手术病人，不仅可以在手术实施过程中，进行简单的机械操作，还可以将手术病人运输到相应的位置，并帮助其进行术后恢复。目前，在医疗保健领域使用最多的工业机器人是智能自动机器人车床，可利用自动机器人来操作手术车床，提高了医疗制造生产水平，也在一定程度上改变了人们的生活态度[6]。

3.3 焊接机器人技术在智能制造领域中的应用

在智能制造领域中，大部分生产制造工作都涉及到焊接环节，而且焊接工作量比较大，对焊接人员有着极大的劳动强度挑战，要求其具备较好的焊接技术，以保障焊接施工质量。在利用焊接机器人技术之后，不仅大大降低了人员的工作量，在一定程度上降低了制造成本，还有利于提高焊接工序的智能化水平。当前，焊接机器人的类型多种多样，常见的有两种，一种是点焊机器人，另一种是弧焊机器人，可根据实际生产需求进行选择和应用。例如，在汽车制造行业，可以利用焊接机器人来实施消声器、座椅骨架和底盘等部分的焊接工作，处理好零部件的搭接问题，做好角接处理，以提高汽车的制造质量，使之安全系数得以提升。在丰田企业中便有效应用了点焊机器人，创新了传统的焊接生产线，应用了先进的焊接工艺。除此之外，由于大部分制造行业中对焊缝位置提出了更为精确的要求。因此，为了使焊接机器人能够满足这一要求，配备了先进的电弧、激光传感器设备，以便于实现焊接效果的自动跟踪，能够根据实际情况来优化焊接轨迹，改变焊接顺序，常被用于船舶制造业中。

3.4 搬运机器人技术在智能制造领域中的应用

在智能制造领域中，应充分利用搬运机器人技术，根据事前设定好的程序执行相应的运输任务，而且可遵循指挥任务对象、运输程序要求来进行作业。在物流交通运输行业中，搬运机器人技术的应用十分广泛，目前投入使用的高速搬运工业机器人数量越来越多，常被用用于一些大型物体搬运工作中。随着科学技术的日新月异，制造业的大力发展，传统的搬运机器人已经无法适应当前的生产需求，需要对其进行创新研发，以丰富搬运机器人的功能。例如，当前使用最多、功能性最强的是6 轴搬运机器人，能够达到1 300 kg 的最大负荷能力，在纵向5 m 以内的搬运工作都能够顺利完成。另外，当前所使用的搬运机器人，均属于并联机器人，可达到6 个自由度，如：Delta 机械手，有着极高的精确度，能够将误差控制在±0.1 mm之间，但我国在这方面的研发仍落后于发达国家。

4 结语

在智能制造领域加强对工业机器人技术的研究，优化工业机器人产品，可有效提高制造行业的生产效率及安全性，促进制造业向智能化、现代化方向发展。