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摘要：近年來，工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，利用工業(yè)機(jī)器人組建自動(dòng)化生產(chǎn)線，能夠有效提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，從而大大提高企業(yè)的綜合效益?；诖?，文章在分析了工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線構(gòu)建策略，最后就工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)前沿與倫理問題作進(jìn)一步探討，以期為一線工作提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)化；生產(chǎn)線

工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代制造業(yè)的主角，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用水平在很大程度上反映了一個(gè)國家的制造業(yè)水平，積極應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人組建自動(dòng)化生產(chǎn)線，是今后制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢。在中國制造2025戰(zhàn)略背景下，積極研究基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

1.1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人主要由主體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，其中，主體部分具有強(qiáng)大的動(dòng)作功能，可模擬人體完成抓取、搬運(yùn)、分揀、放置等操作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)器人主體中最為關(guān)鍵的部分，主要由手、腕、臂三部分組成，通常有3個(gè)以上的自由度，復(fù)雜一些的工業(yè)機(jī)器人能夠達(dá)到7個(gè)甚至更高的自由度，顯然，自由度越高的工業(yè)機(jī)器人能夠執(zhí)行越復(fù)雜的操作，其功能也更加強(qiáng)大?？刂葡到y(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，其通過預(yù)先編好的程序?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制機(jī)器人完成各種操作。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)于人的肌肉和筋絡(luò)，通過接收控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力元件產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，配合執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種操作任務(wù)。

1.2工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人具有較高的自動(dòng)化程度，能夠依靠自身動(dòng)力做出各種復(fù)雜動(dòng)作，替代人類完成各種復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人既可以按照事先編寫的程序運(yùn)行，也可由技術(shù)人員手動(dòng)操作，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人還有向人工智能發(fā)展的趨勢。與傳統(tǒng)的人工作業(yè)相比，工業(yè)機(jī)器人的工作效率更高，動(dòng)作更為精準(zhǔn)，且具有持久工作的能力，可以24小時(shí)不間斷運(yùn)作，因此在工業(yè)生產(chǎn)中備受青睞。目前，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在焊接、拋光、噴涂、裝配、沖壓、包裝、檢測等領(lǐng)域。

2基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線構(gòu)建

工業(yè)生產(chǎn)往往具有較高的危險(xiǎn)性，且勞動(dòng)強(qiáng)度普遍較高，在一些不適合人工現(xiàn)場操作的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，可用工業(yè)機(jī)器人組建自動(dòng)化生產(chǎn)線，代替人來完成各種復(fù)雜的生產(chǎn)活動(dòng)。對于不同的工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線的構(gòu)建上也存在很大區(qū)別，本文以沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線為例進(jìn)行說明。

2.1運(yùn)行方式

在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中，為保證機(jī)器人正常可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，首先要為工業(yè)機(jī)器人設(shè)定規(guī)范、合理的工作流程，精準(zhǔn)的動(dòng)作路徑，使之能夠安全、有效地執(zhí)行各種操控指令。不同類型的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線在系統(tǒng)運(yùn)行方式上各不相同，對于沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線來說，首先要進(jìn)行垛料拆垛，然后是板料對中，主要有重力對中、機(jī)械對中、光學(xué)對中三種方式，目前使用最為廣泛的是光學(xué)對中。對中后，通過上料機(jī)器人放料，然后進(jìn)行沖壓操作。每次沖壓結(jié)束過，通過下料機(jī)器人取料放料，根據(jù)具體的生產(chǎn)工序要求，沖壓工序可循環(huán)數(shù)次，待完成末端沖壓后，由尾線機(jī)器人負(fù)責(zé)取料放料，最后的碼垛任務(wù)可交給現(xiàn)場操作人員完成。

2.2系統(tǒng)組成

工業(yè)沖壓生產(chǎn)主要包括拆垛、上下料、輸送、對中、沖壓幾大工序，相應(yīng)的，沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)包括拆垛系統(tǒng)、上下料系統(tǒng)、線尾輸送系統(tǒng)、對中系統(tǒng)、壓力機(jī)幾大部分。將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于拆垛工序，組建自動(dòng)拆垛系統(tǒng)，能夠大大提高拆垛效率及安全性。拆垛系統(tǒng)通常由走帶電機(jī)、拆垛小車、自動(dòng)涂油裝置組成，采用可循環(huán)式雙垛料臺，可以保證24小時(shí)不間斷生產(chǎn)，分張器負(fù)責(zé)進(jìn)行分料操作，可以保證每次單張進(jìn)料。板料經(jīng)導(dǎo)出式傳送帶輸送至中臺，通過導(dǎo)入式傳送帶取料并送入涂油機(jī)。拆垛小車一般停放在上料區(qū)，主要是為機(jī)器人取料放料提供方便。料板的涂油在拉延環(huán)節(jié)進(jìn)行，因此時(shí)的料板存在較大的拉延率，涂油可有效地消除冷軋料板上的滑移線，不但使加工面滿足要求，還可提高沖壓料板的防銹性能。

2.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)層、物理層、人機(jī)交互平臺三大部分：數(shù)據(jù)層在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中發(fā)揮著十分重要的作用，數(shù)據(jù)傳輸與分析的效率直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和分析，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，各物理層或設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換主要依靠現(xiàn)場總線來實(shí)現(xiàn)，目前常用的總線技術(shù)包括Profibus技術(shù)、EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)等，其中，EPA具有布置簡單方便、用線量少等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中使用。使用EPA技術(shù)時(shí)，可利用EtherCAT相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對接，利用DCS系統(tǒng)進(jìn)行集中或分散控制，通過這種方式能夠在一定程度上避免因機(jī)器人循環(huán)動(dòng)作而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)層損壞，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。物理層由控制站、操作站、現(xiàn)場控制層、感知設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和感知。物理層設(shè)備大多為開放性設(shè)備，通過EPA技術(shù)與數(shù)據(jù)層的PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，便于系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握各物理層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備動(dòng)作路徑的精準(zhǔn)控制，提升動(dòng)作執(zhí)行的準(zhǔn)確性。人機(jī)交互平臺是系統(tǒng)的重要組成部分，是用來顯示操作流程、系統(tǒng)參數(shù)、故障報(bào)警等信息的可視化平臺，通過人機(jī)交互平臺，技術(shù)人員可直觀查看或操控系統(tǒng)，及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的故障及問題，并予以及時(shí)解決，從而保障系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。目前，浙大中控的Configuratiom及Ad－vanTrolPro等都是比較優(yōu)秀的中控操作軟件，在觸摸屏選擇上，國內(nèi)企業(yè)使用比較多的是siemens觸摸屏。

2.4安全系統(tǒng)

為了能夠加強(qiáng)沖壓生產(chǎn)線的運(yùn)行效果，必須要針對沖壓生產(chǎn)線制定一系列的安全防護(hù)措施，避免工業(yè)機(jī)器人發(fā)生故障。盡管沖壓生產(chǎn)線被分為不同的區(qū)域，而且各自設(shè)備的運(yùn)行也都在一定的區(qū)域內(nèi)，但是很多的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)有部分重疊的情況，如果沒有針對重疊區(qū)域進(jìn)行合理的控制和調(diào)配則很容易導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中發(fā)生碰撞，造成安全隱患。由于控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，所以必須要加強(qiáng)對于控制系統(tǒng)的日常調(diào)配，通過各種參數(shù)以及設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的工作方法。對于沖壓生產(chǎn)線的保護(hù)可以通過硬件保護(hù)與軟件保護(hù)兩種策略共同運(yùn)行，全面提高沖壓生產(chǎn)線的保護(hù)效果，例如通過硬件監(jiān)控能夠針對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸為此必須要加強(qiáng)總線的抗干擾能力，另外監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)該保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中附帶屏蔽層，提高安全防護(hù)的系數(shù)。此外，為保障沖壓線的安全運(yùn)行，需配備完善的安全裝置，上位機(jī)PLC通過總線技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控安全區(qū)域狀況，出現(xiàn)故障時(shí)將發(fā)出聲光警報(bào)或緊急停車，并且實(shí)現(xiàn)了故障點(diǎn)位置的可視化。

2.5模擬仿真系統(tǒng)

為合理布置生產(chǎn)線、縮短現(xiàn)場調(diào)試安裝周期，利用工業(yè)機(jī)器人的離線編程功能，對工業(yè)機(jī)器人的工作速度、運(yùn)動(dòng)軌跡和有效負(fù)載等進(jìn)行仿真，仿真可避免現(xiàn)場的系統(tǒng)干涉及節(jié)拍不合理，能夠提高生產(chǎn)線的可靠性和安全性。

3工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)前沿與倫理

隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯，未來工業(yè)器人的研究主要集中在柔性機(jī)器人技術(shù)、生肌電控制技術(shù)、情感識別技術(shù)、敏感觸覺技術(shù)、會(huì)話式智能交互技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域。這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將極大地改變當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，促進(jìn)真正的智能制造時(shí)代的到來。值得一提的是，工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用，也在社會(huì)上引發(fā)了強(qiáng)烈的失業(yè)憂患，特別是對人口眾多的發(fā)展中國家來說，工業(yè)機(jī)器人在減輕勞動(dòng)者工作壓力的同時(shí)，也擠占了有限的就業(yè)崗位，帶來了一系列的社會(huì)問題。因此，如何在發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人巨大應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)，妥善解決好機(jī)器人的倫理問題，使工業(yè)機(jī)器人在與人類保持和平共處的情況下更好地服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是當(dāng)前社會(huì)亟需思考的問題。

4結(jié)束語

綜上所述，本文以工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，從運(yùn)行方式、系統(tǒng)組成、控制系統(tǒng)幾個(gè)方面詳細(xì)論述了基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線構(gòu)建策略，多角度入手，旨在促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用，提高我國工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平。

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作者：田增愿 單位：珠海城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院