智能制造中六大类工业机器人

智能制造中六大类工业机器人

作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，占整个机器人市场的61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和电子电气行业分别占7%，安川机器人维修，食品工业占2%，其他工业占15%。

然而关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，但其中的焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人、码垛机器人、切割机器人却是重中之重。

工业机器人

一、焊接机器人

焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

焊接机器人

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。

二、喷涂机器人

喷涂机器人又叫喷漆机器人（spraypaintingrobot），是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，机器人维修，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。

喷涂机器人

喷涂机器人的主要优点：

（1）柔性大。工作范围大大。

（2）提高喷涂质量和材料使用率。

（3）易于操作和维护。可离线编程，大大的缩短现场调试时间。

（4）设备利用率高。喷涂机器人的利用率可达90%-95%。

为了追求喷涂过程更大的灵活性和更高的效率，从20世纪90年代起汽车工业开始引入机器人来代替喷涂机械，同时开始使用机器人进行内表面的自动喷涂。与传统的机械喷涂相比，采用机器人喷涂有2个突出的优点：可以减少大约30%～40%的喷枪数量；提高了喷枪运动的速度。

为了适应高速喷涂，在内表面喷涂和第2层金属漆喷涂时都要采用高速旋转喷枪。现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。机器人的作用是控制喷枪，使之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离（一般为200mm）。为了实现这一任务，工程师采用专门的软件对喷涂对象的三维模型进行处理，确定喷枪的移动路径和相应的喷涂参数。然后将这些数据传输给机器人控制器，在整个喷涂过程中控制机器人的动作。一般来说，只有在比较复杂的和要求非常精确的喷涂过程才需要这样的处理。在环保意识日益增强的今天，人们称环保效果好的涂装厂为绿色工厂，技术陈旧的涂装厂为褐色工厂。无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂，建立机器人全自动喷涂生产线都是十分必要的。在新建工厂时，合理使用资金是最重要的原则，因此降低喷涂生产线的投入是非常关键的一个环节。而对于那些需要改造的工厂来说，如何将机器人合理引入到现有的涂装生产线，以及由此而产生的费用则是关键性的问题。

新一代涂装机器人的设计贯彻了模块化结构的原则，机器人可以配备不同的连接装置，这样既能够以固定方式工作也可以安装在轨道上工作。轨道可以固定在喷涂室侧壁上，也可以固定在靠近天花板的位置。如果把喷涂机器人的雾化喷枪改成操作夹具，就成为操作开门的机器人了，因为2种机器人的驱动系统是一样的。机器人工作臂的运动方式可以选择装配成两轴或三轴的。双轴的机器人配合高速旋转的喷枪，以旋转对称的运动方式工作，这样能减少一个驱动轴，工业机器人维修，减轻重量、简化设计。机器人的喷涂工作主要有3种模式：

第一种是动/静模式，在这种模式下，喷涂物先被传送到喷涂室中，在喷涂过程中保持静止。

另外一种是流动模式，在这种模式下，喷涂物匀速通过喷涂室。在动/静模式时机器人可以移动，在流动模式时机器人是固定不动的。

第三种模式是跟踪模式，在这种模式下，喷涂物匀速通过喷涂室，机械手不只跟踪喷涂物，而且要根据喷涂面而改变方向和角度。在外表面喷涂过程中，机器人安置在可升降的轨道上，能够自由接近喷涂体的表面，因此可以缩小操作空间，降低运营费用。在旧工厂的改造中，如果以这种方式用机器人取代旧机械，就可以保持原有的喷涂室不变。这样既能降低改造成本，又能缩短工期。在内表面喷涂室中，不同机器人的轨道可以上下平行安装。用于打开引擎盖和后备箱盖的操作机器人安置在较高的轨道上，这样就能跨越安置在下方轨道上的喷涂机器人而工作。这种方案可以使喷涂室缩短1～2m，既能减少建设投资，又能降低运营成本。机器人的电源、控制器和安全系统都安装在喷涂室外的控制箱内。由于控制箱也采用模块化的设计，因此能很方便地针对客户实际的涂装流程进行优化的配置。在杜尔公司生产的先进的涂装系统中，采用了多运动柔性控制技术，将机器人的控制和喷涂流程的控制集成在一起进行处理，不需要再设置喷涂流程的控制了。

三、搬运机器人