工业机器人自动组装生产线结构设计及应用探究

2023-01-11 03:05魏伟峰
今日自动化 2022年10期
关键词:生产线结构设计工业

魏伟峰

(深圳创华智能科技有限公司,广东深圳 518000)

近年来,机器人的自动化组装对国民经济增长产生了不小的影响。机器人作为现代工业建设的重要产物,在工业制造中得到了广泛的应用。工业机器人的引入不仅降低了生产成本,提高了生产效率,还可以降低人的工作压力。因此,工业机器人在现代工业生产中得到了广泛的应用。现代控制集成系统与机器人的结合,可以在科技日新月异的背景下,创造出更智能化、更有利于自动化的生产。

1 工业机器人的特点分析

(1)工业机器人自动化程度高。这是其区别于传统工艺流程的最大特点。在主要的工业领域,工业机器人几乎已经全面取代了传统的人工操作。先进的工业机器人已可以模拟熟练工人甚至高级技术人员的复杂操作。

(2)工业机器人效率高。与传统的手工生产线相比,引入工业机器人的自动化生产线,可无休息的24h 生产,大大提高了工作效率,同时不会产生疲劳。

(3)工业机器人显示出一定的智能化。工业机器人在预先输入程序和操作程序的帮助下,可以自动收集数据,识别风险并做出判断。

2 PLC控制系统分析

可编程逻辑控制器(Programmablelogiccontroller,PLC)具有操作可靠、程序编辑速度快等特点。可编程控制器的基本组成与计算机相似,由CPU、内存和外部设备接口(打印机、显示器、条形码阅读器等)组成。可编程控制器运行时的工作流程如下:第一步是输入采样,第二步是用户程序执行,第三步是输出刷新。如图1所示。

图1 PLC控制系统图

3 工业机器人的常见类型

随着我国科学技术的不断发展和进步,智能、现代机器人技术推动了工业建设的加快,既可以减少人工劳动,又可以提高工作质量和效率。

本文对某厂自动化生产线机器人的操作进行了分析。该厂自动化流水线设计2台油压床,设有1台自动上料装置,3台搬运机器人及2个移动滑床。工厂的具体加工程序为:①送料,先用自动送料装置将所有毛坯放入第一台油压机的模具中。加工工作完成后,让机器人利用磁铁将坯料输送到油压床的指定位置。②放模时,让号机器人按固定标准将模具放在号液压机上。③装卸。液压床号作业完成后,3号机器人会将相应的毛坯件取下,运送到下一道工序,自动完成上料工作。

4 工业机器人自动组装结构设计

4.1 升降结构设计

机械手的升降结构设计应充分考虑到机械手本身作为一个重要部件,其主要功能是垂直移动并与多层生产线连接。既要保证机器人的垂直承载能力和运动要求,又要保证其定位准确,工作状态稳定。升降机构主要由汽缸、活塞、传动等组成。在实际应用中,活塞杆是用来驱动活塞垂直运动的。将机械手垂直放置在油缸上,固定在活动油缸末端,以提升驱动装置。传动部分带动活塞和活塞杆运转。动力设备安装好后,即可安装到机器人中。当机械臂启动时,端盖和活塞杆将压缩空气输送到汽缸。利用空气推进装置,机器人可以垂直向上移动,带动机器人手臂向上移动。当机械臂下降时,压缩空气通过活塞杆输送到汽缸,汽缸向下推动机械臂,完成下降动作。

4.2 旋转结构设计

旋转是机器人操作过程中不可缺少的一环,因此,必须合理设计旋转机构。旋转式机构是机器人结构设计的重要组成部分。工作时应充分利用齿轮齿条,将齿条活塞产生的力矩转化为轴向力矩,由轴传力矩驱动操纵器。机械手的转动结构由大筒子、齿轮、转轴、小筒子、活塞、活塞头、传感器、液力自动钢组成。

4.3 手柄结构设计

手抓机构的设计是机器人结构设计中的一个重要环节。确保机器人在工业自动化生产线上的正常运行是关键。机械手只能通过换向阀来抓放。整流启动后,压缩空气经滤清器、减压阀和单向阀送至储气罐,经整流阀送至双夹筒右腔。这时可以向左移动活塞杆固定重物。当机器人抓取和释放时,接通方向阀,使左腔内的弹簧压力上下移动,释放右腔内的气体,使机器人释放工件。机械手的爪主要涉及换向阀、齿条、齿轮和轴。这两个部分一起工作,旋转机器人的握手。在实际操作中,换向阀可以通电。压缩机启动后,进入气罐,然后通过转向阀进入旋转气缸的左腔,使活塞向右移动,活塞向右推动机架。此时,齿条可以带动齿轮和轴旋转,让机器人抓取和旋转。当实现手柄反向转动时,可通过改变换向阀的通风位置来实现。

5 基于自动化生产线的工业机器人技术

工业生产劳动强度高,工艺复杂,安全隐患大。传统的手工参与方式在现代工业生产领域逐渐被取代。以自动化生产线为基础的工业机器人技术近年来发展迅速,逐渐成为现代工厂的主要劳动力。其原因是高精度的工业生产需要较高的劳动力,人的身体素质和技术水平难以适应高强度连续的工业生产,难以平衡生产效率、产品质量和安全因素。

5.1 运行模式分析

基于自动化生产线的工业机器人技术,需要建立一个科学、准确和标准化的流程来控制机器人的行动路径,提高机器人的工作精度,保证其按照预设指令和操作规程完成焊接,组装,喷绘等具体工作。结合几条自动化生产线的实际调查,认为不同的工艺流程和操作方式对工业机器人有不同的要求。例如在冲压的自动化生产中,工业机器人需要依次完成拆料、钣金、最终冲压的操作动作。在板料对中时需选择科学、适用的对中方式,常使用光学对中模式,近年来也多使用重力对中方式。

5.2 系统组成分析

以自动冲压生产为例,自动冲压生产包括很多工序,需要不同的工业机器人来参与完成。由多个不同的工业机器人组成的自动化生产线还包括压力系统、输送系统、上料系统、定心系统等。机器人在拆垛过程中的应用,可以在避免人工操作风险的基础上,大大提高拆垛的质量和效率。卸壳平台主要有两个,两个卸壳平台保持连通,可以轮流维护,保证全天候生产。在系统中加入分料器,可以提高物料分配的准确性,使给料过程更加合理、科学。为了进一步提高工业机器人的回收效率,可以在装载区配置拆料车。图2为自动化生产线的工业机器人。

图2 自动化生产线的工业机器人

5.3 控制系统分析

结合自动化生产的要求,工业机器人的控制系统主要包括数据层和物理层两个方面。①数据层。数据层对于实现工业机器人的自动化生产和精确控制具有重要意义。数据层的主要功能是实现数据的传输和一定程度的分析。数据层功能的完善与否直接影响到自动化生产线的效率和工业机器人的运行稳定性。在实际应用中,数据层与设备之间的数据交换主要通过总线技术实现。现阶段使用的总线技术有很多种,其中EPA 技术应用最广泛。EPA 技术的主要优点是使用的线路少,布局相对简单。还可以采用DCS 系统和监控网络实现对工业机器人动作的捕获和实时控制。一方面可以提高工业机器人的操作精度,另一方面也可以避免由于工业机器人故障而对数据层造成的损坏。②物理层。与数据层相比,物理层的结构更为复杂,内部组件较多。为了达到信息共享的目的,现阶段的物理层开放性较好,方便员工提取各种数据。③交互平台在控制系统中也发挥了重要作用。主要的功能在于显示操作流程和运行情况,凭借其可视化的特点,帮助技术人员便捷地完成系统操作和控制,及时发现风险因素和安全隐患,提升系统的运行质量。

5.4 安全体系分析

安全系统主要是在工业机器人出现故障时及时进行干预,避免安全生产事故的发生,提高生产线的连续作业能力。在现代化的生产车间里,自动生产线会被划分成不同的区域。该区域的生产设备和工业机器人保持独立运行,但仍存在一些重叠区域。如果工业机器人的动作不能得到有效的控制,重叠区域的设备会相互碰撞,容易造成损坏。这就需要设计者有效地规划机器人的动作,并借助控制系统实现时间和空间上的隔离。同时,借助软件和硬件保护,可以提高工业机器人在自动化生产线上的安全系数,预防和控制故障。

5.5 自动化生产线组装技术分析

自动化生产线是在数字技术、自动化技术、机器人技术和信息技术的联合支持下完成的。可以从以下几个方面进行分析。①采用工业机器人的自动化生产线应用了成熟的远程控制,可以实现非接触式远程操作,保证了工业生产的效率和控制的准确性和时效性,在一定程度上实现了工业生产的自动调节。②自动化生产线的实现得益于资源管理系统,可以实现制造工艺与企业资源的有效结合,全面提升工业技术,保证自动化生产线的信息化和自动化。最重要的是定位系统的应用,可以快速整合生产线,提高安装质量和安装精度,在一定程度上实现生产过程的透明化。③自动化柔性管理技术。该技术对于管理流和生产流较为复杂的作业工序最为适用,在灵活管理的帮助下,一个开放的控制最终是自动化柔性管理,借助柔性管理,构建开放式控制的自动化生产控制系统,保证各工序的无缝连接。例如对工业机器人中的信息输入输出模块进行配置,实现接口对接和数据传输,从而保证不同工业机器人和控制系统的数据传输实现。

6 工业机器人未来发展趋势

6.1 机器人传感技术的研究方向

传感器在机器人焊接技术的发展中起着非常重要的作用。在当前的开发环境下,传感器的开发环境需要进一步优化。鉴于现代技术的发展,需要扩大传感器的种类,增加传感器的功能,寻求技术突破,促进行业的发展。

6.2 机器人焊接主要部件开发

机器人厂家需要对机器人进行优化调整,结合各行业的实际发展,提高机器人焊接技术。在机器人核心部件的研究过程中还存在许多空白区域,这些核心组件相对依赖于进口。在技术不成熟的情况下,只能通过高价进口,这使得机器人的销售价格无法降低。在机器人焊接技术的研发过程中,要打破进口的尴尬局面。通过提高智能技术,将机器人焊接技术推向更广阔的空间,使机器人焊接技术更加成熟稳定。

7 结束语

现阶段机器人在生产线上作业融合了传感技术、跟踪技术等多项现代技术。在各行业快速发展的过程中,智能技术的应用与融合,可以帮助各行业快速、优质地发展。在机器人技术的应用过程中,生产质量高,可以有效提高生产效率,降低生产成本。

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