工业机器人在装配自动化生产线中的应用

文｜潘勇鑫

一、引言

随着科技的发展，传统制造业正在向智能制造转型升级，工业机器人作为一种新型的工业机械，将其用于工业领域中，能够促进装备制造业的发展，为企业的实际生产提供便利。在实际生产中由于减速器生产装配精度要求高，目前大多是人工装配，生产效率低而且由于人工有时会因为生产疲劳或者技术不熟练导致生产的产品品质不能够保证。通过工业机器人与机器视觉相结合，并与PLC通信实现生产过程控制，可提高生产效率及生产质量，节省人力资源。

二、工业机器人概述

（一）工业机器人的定义

工业机器人是广泛应用于工业领域的机器人，是一种多关节机械手或者多自由度的机器装置，可通过自身的动力和控制系统实现工业中的各类加工功能，被广泛应用于汽车、电子等工业领域中。在目前的工业加工中，一般是先对工业机器人运行程序进行设置，保证它的动作流程与加工流程相符合，而工业机器人的预定功能需要用控制系统对其进行控制。

（二）工业机器人的结构

工业机器人包括机械部分、传感部分及控制部分，其中机械部分属于执行机构。以六轴工业机器人为例，机械结构类似于人的手臂，包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端六个关节，每个关节由一个减速器和伺服电机进行驱动。传感部分主要是对工业机器人的位置及状态进行监控，能够通过传感器、编码器等零部件准确知晓目前工业机器人各个关节的角度，以及笛卡尔坐标位置，部分机器人在遭到撞击阻碍时能够停下动作，避免造成人员伤亡。控制系统主要是对机器人的操作进行控制，通过输入运行程序给相应的执行机构发出信号，实现预置的控制功能，还可通过PLC进行信号输入，从而控制机器人执行相应的动作，同时保证工业机器人完成安全规范运行操作。

（三）工业机器人的特点

基于工业机器人的结构以及功能，它主要具备以下特点：

1. 生产效率高

对于重复性的工作，人工操作需要耗费大量人力。并且长时间工作会使人疲劳，但是工业机器人不知疲累，能够24小时不间断进行工作。

2.智能化水平高。

工业机器人能够对质量进行跟踪，在线实时的反应数据并及时做出修改调整。

3.安全性高

在生产过程中工业机器人只要预先设置好的程序没有错误，后续工作基本不会造成安全事故。

4.易于管理

通过与大数据技术进行结合，工厂能够清晰地看到每天的生产情况，从而更好地进行生产计划。

三、工业机器人在装配自动化生产线中的设计要点

（一）系统组成设计

在装配自动化生产线中应用工业机器人时，要针对生产工艺流程设计机器人的控制系统，该系统主要由上料系统、识别系统、装配系统、入库系统等组成。其中，上料系统主要由AGV小车、预置工位等组成，AGV要确保准确进入原料仓库进行取料并到达预置工位。识别系统由安装在工业机器人上的工业相机来进行工作，控制工业机器人到达识别位置，工业相机根据订单要求的任务进行识别拍照并把坐标信息发送给工业机器人，达到订单化生产。装配系统由工业机器人、装配平台、检测平台等组成，工业机器人通过识别系统反馈的信息，准确拾取相应工件，工业机器人到达装配平台进行订单对应的装配工作，装配完成后对装配的质量进行检测，合格则通过控制系统把相应信息传送到入库系统。入库系统包括工业机器人、立体仓库，通过装配系统传过来的信息，把合格产品入库到订单相应位置，完成工作。通过这一套的流程工作，可实现产品定制化装配，同时利用识别系统和检测功能，对工作流程进行监控并控制生产质量。

（二）平台结构设计

为了实现工业机器人的智能化控制，在系统中加入中控软件系统，现场使用西门子触摸屏，构成人机交互平台。其中，触摸屏功能要求具备各相关功能模块的操作信息、报警信息、相关信息参数等，能够在生产过程中对生产流程进行监控并单独操作，通过数据整合后把相应的数据上传云端，这一平台便于专业人员能快速针对突发问题提出相应的解决对策，有效保证整个系统的平稳运行，提高生产效率，同时能够对整个产品的订单数据、生产流程、生产进度进行相应监控，便于企业及时做出生产调整及订单交付等工作。

（三）仿真模拟设计

由于在实际工作中工业机器人的操作环境较为复杂，容易出现误伤情况，所以需要通过建立仿真模拟调试模型来对工业机器人进行运行调试以及对生产流程进行验证，使整个系统能够更加稳定安全运行。可以通过三维软件NX对整个系统进行仿真运动，在对工业机器人进行仿真模拟调试的过程中，通过PLC仿真软件使仿真的工业机器人进行相应工作流程，根据仿真模拟结果，对细节部分进行调整。仿真模拟可以在正式投入生产前对工作站进行优化改进，避免真实生产时造成经济损失，而且通过仿真模拟调试也可以节省实际调试时间。

四、工业机器人在装配自动化生产线中的应用

（一）控制系统中的应用

在装配自动化生产线中，控制系统是核心应用之一，在应用时，工业机器人与控制系统互相连接，控制系统控制工业机器人何时动作，机器人反馈动作完成及相关加工信息给控制系统，控制系统则对下一步动作进行指示，完成整个装配任务。控制系统对自动化生产线起到了保障作用，它可以对生产流程中各工作流程以及环节中所需进行的动作做详细的规划和设计，同时也对各个系统间的连接方式做出合理安排，还可以对控制及操作过程中出现的问题及时处理并提供相应数据给工作人员。

（二）人机交互系统中的应用

在整个生产流程中，人机交互的任务及信息量非常大，通过该交互平台，能够实现工业机器人与计算机的全面交互控制。计算机通过工业机器人控制工作站，对生产线上各工位进行监控，能够在工作流程中，对工业机器人的运行情况及生产线的工作情况实时监控，并在生产中采用中控软件进行数据处理、存储和检索，对生产订单进行实施跟踪。利用人机交互系统可批量生产也可定制生产，实现订单化、小型化、数字化工业生产流程，提高企业的生产效率。

（三）装配系统中的应用

装配系统是整个生产线所要完成的主要任务，通过工业机器人完成产品的装配工作，该部分主要由工业机器人、装配平台构成，装配平台还设有检测传感器便于检测装配质量。工业机器人在装配系统中要完成上料、装配、检测的工作，通过识别系统所传送的信息工业机器人对所需工件进行准确抓取，并正确装配到减速器对应位置，如果在装配过程中缺少零部件或者零部件有损坏，则先反馈相应信息给控制系统，安排AGV小车重新取原料，实现信息交互。

（四）入库系统中的应用

在入库时，工业机器人将合格的成品搬运到中转仓位，并通过订单要求将中转仓位的成品搬运到指定的仓库位置并记录。完成入库后把记录好的信息传送到中控平台，并将相应的入库信息及出库信息显示出来，便于管理者对产品进行管理。通过工业机器人在入库系统中的应用，可以实现无人化仓库，节省人力资源，提高工作效率。

五、结语

工业机器人在装配生产线中的应用，很大程度上提高了生产效率，保证了生产质量，同时减少了以前人力所做的重复性工作，在目前的装备制造业中起到了不可或缺的作用。传统工业生产转为智能制造生产已然成为发展趋势，工业机器人作为多学科交叉的新型工业设备，对它的研究应用对我国的工业科技发展有着非常大的意义，同时有着宽广的前景和市场。