浅述机器人在汽车制造领域中的应用

刘元军

摘 要：随着科技的高速发展和人类工业文明的进步，全球已经进入工业4.0的时代，当前制造工业发展的主题是智慧工厂+智能制造，在人类工业文明发展的历程中，其中工业机器人始终扮演着至关重要的角色，工业机器人在制造领域应用也越来越广泛，工业机器人的发展也越趋智能化，并且正在向深度学习方向迈进。本文着重从工业机器人在汽车制造领域发展，来深入浅出介绍机器人在传统汽车制造以及智能汽车制造领域中的相关应用，并对当前工业机器人在汽车制造工业中的发展趋势进行简要的分析和探讨，同时对工业机器人将来在高度智能化汽车制造领域中的应用前景进行设想和归纳。

关键词：工业 机器人 汽车 制造 自动化 智能化 应用 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

衡量一個国家制造业的自动化水平通常可用工业机器人在该国的人均密度来评估，工业机器人最重要的功能是能够高效的节省大量人力劳作，实现人工替代，效能提升。我国工业机器人发展与应用相对世界上的发达国家起步比较晚，而日本是全球进入工业2.0时代之后最早大量应用工业机器人的国家，早在2005年以前，日本的工业机器人应用量一直占全球应用量的30%～35%以上，截止到2017年由于全球经济一体化和各个国家的科技水平的突飞猛进，工业机器人在各个国家工业制造领域的广泛应用，日本的工业机器人应用量下降至15%左右。2000年，我国工业机器人应用水平在全球的占比不足1%，而到2019年，该比例上升至35%，已经连续6年成为全球工业机器人的最大应用和消费市场（如图1：工业机器人销量，台/年。图2：工业机器人中国和日本在全球应用占比，台/年）。

伴随着工业机器人在汽车生产行业大量应用，汽车制造从劳动密集型行业逐渐转变为技术密集型行业，汽车制造业“转型升级”、“向高质量发展”等战略口号也被逐步提出，这一切都离不开科技的大力发展和工业机器人的大量推广应用。由于我国巨大的人口基数和经济体量，决定了我国工业机器人未来的发展、应用和推广的迫切需求，特别是汽车制造业对于机器人的使用越来越普遍，不但解决了很多以前难以解决的问题，而且提升了工作效率和生产质量，工业机器人在汽车制造行业彰显着越来越重要的作用。

2 工业机器人在传统汽车制造领域中的应用

2.1 工业机器人在汽车制造四大工艺中的应用

纵观汽车制造的整个过程，不管任何工种总会找到工业机器人的身影，工业机器人在传统汽车车身的生产过程中，越来越充当着不可替代的作用;在汽车车身的冲压、焊接、涂装、装配这四大生产工艺过程中，始终有机器人忙碌的身影。我们明白传统汽车生产行业不仅仅是劳动密集型的行业，也是技术密集型的行业。无论是在是在汽车零部件制造过程中，还是汽车整车的组装生产过程中，均需要对各个汽车零部件的偏差以及零件的装配精度进行严格控制，由于汽车的装配质量和装配精度要求非常高，单靠工人的自有技能和人工调试很难生产出满意的产品，因此具有高精度、零错误且永不疲劳的工业机器人的应用就显得尤为重要。

2.2 工业机器人在传统汽车制造中的主要的应用方式

传统汽车生产制造领域工业机器人的使用已经非常广泛，以下是工业机器人在汽车制造过程的几种最普遍的应用方式

（1）汽车零部件搬运工业机器人。工业机器人机械臂末端安装抓盘或吸盘，按照指定路径从零部堆垛位置依据特定定位装置准确的识别并抓取零件，然后精确的搬运至指定位置，零件搬运过程中不但能行人保护还不会对零部件进行损坏。同时可根据零部件的不同外形，机器人机械臂末端可以安装不同拾取装置。

（2）汽车车身点焊机器人。汽车车身焊接过程中，其中点焊不但点位多而且精度和外观要求均较高，据了解整个车身一般有3000-4000个焊点，如何高效快速并且精确的点焊，这就需要机器人来实现，在规划好点焊路径及安装好特定的焊枪情况下，采用流水线焊接方式对车身的各个位置和不同的零部件进行焊接，最终得到具有较高的焊接精度车身总成（如图3所示点焊机器人流水线）;

（3）汽车车身及零部件涂装机器人。机器人涂装可分为喷漆和涂胶（玻璃胶、密封胶、减震胶等等）。涂胶机器人系统主要由转运线、涂胶泵、涂胶枪设备组成，在特定规划路径和涂胶指令下实现不同厚度、宽度的涂胶。喷涂机器则是通过特定的喷涂设备，然后均匀快速的对汽车零部件或者车身表面进行喷涂（如图4为某款汽车前档装配所用涂胶机器人及转运线）。

（4）汽车装配机器人。其主要作用是通过特定的传感器拾取装配零件对象信息，并按照指定的定位模式通过机械手臂实现汽车零部件装配作业，可实现大型笨重且人为操作困难的汽车零部件装配，如汽车座椅、挡风玻璃密封、发动机总成、仪表台、汽车轮胎等。

（5）汽车及零部件检测机器人。检测机器人与三坐标检测设备相比高精度和高效率的特点，通过机器人检测不仅能提高整车的成品率，还能对零部件的精度进行有效的控制。

3 工业机器人在智能汽车制造领域中的应用

在智能汽车制造领域其包含的技术层面有：（1）深度学习机器人技术。深度学习的来源于人工神经网络的研究。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构。机器人通过自带的视觉传感器和颜色传感器额来识别零件形态，通过深度学习算法搜集大量數据，来自由的实现汽车零部件生产和制造、组装，未来可以预见会有更加多样化无人工厂，仅仅靠机器人实现企业正常生产及运转;（2）自动编程机器人技术。在外界变量发生变化时，机器人可随着变化并依据云端数据库快速进入到自由的编程工作中，快速的识别当前零件制造状态和环境，在产品的特征基础之上，对编程进行合理的调整，特别是在面对较多汽车零部件品种的时候，实现快速的零部件识别、转运、制造和组装;（3）拟人化机器人技术。机器人的机械智能结构存在很多的特征，与人类有非常相似，比如：机器人可以像人类一样行走，用手抓每个汽车零部件的每个部位等，通过各钟特殊末端驱动之间的密切配合，便可进行各钟汽车零部件生产制造的操作和检测工作;（4）共享机器人技术。在不同的生产环境当中，机器人不再循环完成单一动作，可通过远端设备和云端数据库实现复杂连贯的不同动作，主动识别周围的环境，可以完成不同工种的任务，因此体现出良好的融合性;（5）外骨骼机器人技术。 特定汽车制造工种的工人们会穿戴上机械外骨骼，在使用机械外骨骼的过程中，外骨骼能够限制工人身上特定部位的压力，以此来保护工人，防止工人受伤并且减轻疲劳（如图5所示）。

4 小结

未来随着5G、6G技术的成熟和工业4.0的深入，在汽车制造领域将呈现出机器人覆盖率达到95%以上，具有深度学习能力的智能机器人将逐渐走进汽车制造车间，来代替汽车生产制造过程中的绝大多数工种，甚至结合将来的高度发达的3D打印技术，或许将来可实现汽车制造过程中基本不再需要工人操作即可实现整车生产。所以，未来机器人的应用将更加必不可少，其不但能对汽车智能制造的发展起到重要的推动作用，而且其彰显的优势作用将越来越大，因此汽车生产企业要从不同的角度出发，对机器人在汽车制造中的应用进行深入探究。

参考文献：

[1]兰虎.工业机器人技术及应用（第2版）.机械工业出版社，2005.

[2]邓三鹏.移动机器人技术应用.机械工业出版社，1984.