張松林
(安徽信息工程學院,安徽 蕪湖 241000)
制造業(yè)的發(fā)展水平直接體現(xiàn)著國家整體的生產(chǎn)水平,因此不斷提高制造業(yè)生產(chǎn)能力以及創(chuàng)新水平,促進制造業(yè)走向科技化、自動化是達成制造強國目標的必經(jīng)渠道.目前,制造業(yè)正向高度智能化、自動化水平發(fā)展,其中智能、自動科技的典型代表非工業(yè)機器人莫屬.
目前,已經(jīng)投入使用的工業(yè)機器人通常擁有3~6個自由度,由傳動結(jié)構(gòu)以及動力裝置作為工業(yè)機器人實時操作的驅(qū)動系統(tǒng),工業(yè)機器人的操作系統(tǒng)則需對操作人員輸入的命令程序進行控制.工業(yè)機器人除在制造業(yè)中擔負重任之外,在科研任務(wù)中,也擔任著關(guān)鍵的攻堅任務(wù),如深海探索科研任務(wù)以及登月計劃中,所應(yīng)用到的機器人都是由工業(yè)機器人進一步發(fā)展而來的.
作為機電一體化高度集成的代表物,工業(yè)機器人是當前我國制造業(yè)重點發(fā)展的領(lǐng)域之一,是推動工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化,進一步達到工業(yè)4.0的主要標志.實際操作過程中,工業(yè)機器人憑借多關(guān)節(jié)機械手臂來進行各項操作,不僅大幅度提升了制造、生產(chǎn)效率,同時還有效緩解了當前制造業(yè)人力、成本以及技術(shù)壓力.例如,當前日本日立公司憑借工業(yè)機器人與人工操作相結(jié)合的工作模式,提高了公司8%的生產(chǎn)效率.在2011-2016年間,工業(yè)機器人在全球的年均銷售率高達12%,同一時間,我國工業(yè)機器人的年均銷售率也快速增長到30%.以汽車工業(yè)機器人為例,國際社會上,美國、德國、意大利、法國等國家,其汽車工業(yè)機器人的密度已高達每萬人1000臺以上,我國因在此領(lǐng)域的起步較晚,因此我國工業(yè)機器人在各制造領(lǐng)域的使用水平距離國際上較為先進工業(yè)的國家還有一段距離.
近年來,工業(yè)機器人創(chuàng)新和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速,其應(yīng)用領(lǐng)域也出現(xiàn)了巨大改變.除上文提到的汽車制造業(yè)之外,機電、采礦、物流、造船以及航空等諸多領(lǐng)域都已經(jīng)展開對工業(yè)機器人的應(yīng)用,單在搬運、打磨、焊接等環(huán)節(jié)中應(yīng)用的機器人種類,就多達數(shù)千種.本文以搬運和焊接機器人為主展開探討,就工業(yè)機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀做簡要分析.
焊接過程中對于焊接精細度要求較為嚴格,對人工技能水平的要求較高,再加上焊接工作的環(huán)境較為惡劣,高強度的焊接工作對焊接人員的眼睛和皮膚都會造成嚴重損害.而焊接機器人的投入使用使得這些問題得到有效解決.目前,焊接機器人分類較多,不同應(yīng)用場合所選取的焊接機器人也各有不同,其中多關(guān)節(jié)機器人因能夠任意調(diào)整姿態(tài),并能以任意角度調(diào)整焊槍的位置,所以多關(guān)節(jié)機器人在當前使用作為廣泛.
調(diào)查表明,工業(yè)機器人中,焊接機器人的應(yīng)用要占到其整體應(yīng)用的一半左右,其主要分為弧焊和點焊兩大分類.通過在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用,使得焊接機器人在短時間內(nèi)得到了迅速發(fā)展.當前,焊接機器人技術(shù)在汽車導(dǎo)軌、底盤和液力變矩器等部件的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟.如在本田車身的焊接生產(chǎn)線中,采用自動化技術(shù)進行焊接的環(huán)節(jié)已達85%以上,并且在其車體安全部件的焊接過程中,也完全使用機器人進行焊接,有效避免了人工操作失誤,提高了汽車整體的安全性能.再如,豐田公司在其國內(nèi)外所有的電焊機器人上都裝備了電焊標準,這種技術(shù)能夠不服提高焊接精準度,保證焊接質(zhì)量.汽車生產(chǎn)過程中,通過結(jié)合弧焊和點焊機器人,能夠?qū)崿F(xiàn)在同一時間內(nèi)對汽車上、下部件進行同時加工,實現(xiàn)了汽車焊接生產(chǎn)線的進一步精簡.
隨著焊接作業(yè)越加復(fù)雜,焊接過程中,對焊縫精準度的要求也在不斷提高.通過在焊接機器人上安裝速度傳感器,同時在系統(tǒng)結(jié)合電弧傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上,能夠有效達到焊縫自動跟蹤效果,該技術(shù)在德國汽車制造業(yè)中應(yīng)用較為普遍,如在奧迪、奔馳等轎車車身生產(chǎn)過程中,就采用了機器人激光焊接工藝.除此以外,焊接機器人在造船業(yè)、工程以及鐵路機械中的應(yīng)用也較為普遍.如在造船以及鐵路機械的板材焊接中,就有著德國KUKA焊接機器人的“身影”.與人工焊接方式相比,焊接機器人無論在焊接質(zhì)量還是焊接速度層面上,都具有明顯優(yōu)勢,投入適量的焊接機器人能夠有效改善焊接條件,縮短焊接周期,不斷提高焊接效率以及產(chǎn)品生產(chǎn)效率.
當前,由于數(shù)字化電壓技術(shù)的發(fā)展,焊接機器人再利用數(shù)字化電壓技術(shù)的基礎(chǔ)上,能夠有效保障焊接工作的持續(xù)穩(wěn)定,并且焊縫成形與人工焊接相差無幾.隨著計算機控制技術(shù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展,焊接機器人正快速向多樣化、自動化、智能化等方向發(fā)展.目前,焊接機器人焊接過程的智能控制技術(shù)、自動焊接系統(tǒng)的柔性控制以及焊接機器人傳感技術(shù)等都是當前學術(shù)研究的熱點,也是進一步推動焊接機器人突破發(fā)展瓶頸而急需解決的技術(shù)難關(guān),可以肯定的是,科研技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,必然會不斷推動焊接機器人技術(shù)走向更高境界.
作為能夠自動執(zhí)行工作命令的裝置,機器人不僅能夠?qū)崟r接受人們發(fā)出的指令,還能有效運行編排人員預(yù)先編排下的程序,同時又能運行人工智能技術(shù)所指定的動作,所以,能夠自動化進行搬運的機器人在物流業(yè)中的各個環(huán)節(jié)都有著廣泛應(yīng)用,如在貨物包裝、運輸以及貨物儲存等都有著搬運機器人的身影.從1960年,首臺搬運機器人投入使用開始,到目前為止,世界上已經(jīng)有超過20萬臺的搬運機器人被投入到各個領(lǐng)域這種,其中最為常見的搬運機器人要屬適用于大中型重物搬運的IRB4400.目前,搬運機器人技術(shù)無論是在機械制造還是汽車、電子等領(lǐng)域,其技術(shù)應(yīng)用以十分成熟.而在化工行業(yè)中,因涉及能源、石油以及各類涂料等,在采用人工搬運時具備一定的危險性,而通過將搬運機器人應(yīng)用其中,不僅能有效提高搬運效率,同時還能一定程度地避免安全事故的發(fā)生.
當前,四軸搬運機器人以及六軸搬運機器人是交叉多學科領(lǐng)域中研究最多的兩種高新技術(shù),其中四軸搬運機器人的特點在于其搬運速度,因其運動軌跡接近直線,因此可實現(xiàn)高速搬運,通常應(yīng)用在高速碼垛以及包裝中.而六軸搬運機器人的特點在于其善于進行重物搬運,如KUKA公司研發(fā)的高負載搬運機器人,最大負荷能力可達1300kg,最高作業(yè)高度為5m,被廣泛應(yīng)用與建材、汽車以及鑄造業(yè)等.
目前,國際上多采用多個高速并聯(lián)機器人,Delta機械手就是其典型代表.Delta機械手能夠在任意角度下進行物品擺放,并且其重復(fù)定位的準確度為±0.1mm.我國由于對搬運機器人的研究起步較晚,與國際上較為先進的搬運機器人技術(shù)相比,缺乏能夠穩(wěn)定應(yīng)用于實際搬運操作的產(chǎn)品.尤其在涉及精度以及速度的電子制造業(yè)中,我國所應(yīng)用的搬運機器人在速度以及精度要求上仍舊有較大的發(fā)展空間.
當前,工業(yè)機器人出應(yīng)用于汽車、采礦、石油等制造業(yè)之外,在航天、生化、船舶等領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用,如高壓線作業(yè)機器人、深海作業(yè)機器人等.再如,就海底種植來講,其不僅費時費力,對種植人員的種植技能要求較高,并且還具備一定的危險因子.而采用水下機器人,不僅能夠有效節(jié)省人工精力,還能大幅提高海地種植效率,避免安全事故的發(fā)生.另外,高壓巡線也是一項危險性較高的工種,工作人員需攀爬高壓線設(shè)備進行安全巡視,具有一定危險性.而通過借助高壓線作業(yè)機器人來幫助工作人員進行高壓線巡視,不僅省時省力,還能有效保障工作人員的生命安全.在醫(yī)藥領(lǐng)域,工業(yè)機器人具備良好的發(fā)展前景.隨著藥品質(zhì)檢標準不斷提升,藥品生產(chǎn)過程中對于生產(chǎn)環(huán)境的要求也越來越高,為確保藥品質(zhì)量,所有藥品都需在無菌的環(huán)境中進行生產(chǎn),衛(wèi)生型機器人的投入使用有效降低了藥品生產(chǎn)過程中,人工活動對藥品衛(wèi)生造成的影響,在提高藥品生產(chǎn)效率的同時,有效促進藥品生產(chǎn)更加符合制藥衛(wèi)生標準.航天領(lǐng)域中使用的機器人代表了機器人最為高薪的科技,在歷經(jīng)多批科學家的通力研制后,最新問世的智能機器人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在其他星球進行收集以及各類科研任務(wù).
隨著科學技術(shù)以及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,各類形制特異的新材質(zhì)逐漸逐漸被應(yīng)用到實踐生產(chǎn)過程當中,國際上各發(fā)達國家已經(jīng)將機器人研發(fā)技術(shù)列到重點發(fā)展領(lǐng)域之中,特別是在結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)以及自動化技術(shù)的背景下,促進機器人實現(xiàn)高精度智能操作以及全自動化操作將指日可待.工業(yè)機器人的投入使用,雖然會一定程度的加劇社會就業(yè)壓力,然而從在職員工和企業(yè)管理者層面來講,工業(yè)機器人的投入使用還是帶來了諸多益處的.對企業(yè)管理者來講,以低成本、高效率的生產(chǎn)方式才是實現(xiàn)企業(yè)運營效益最大化的有效方式,工業(yè)機器人的使用,不僅能有效降低人工成本,同時還能有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率,實現(xiàn)企業(yè)效益的最大化.對于在職員工來講,一方面,工業(yè)機器人的使用能夠使得員工避免參與對人體造成危害的生產(chǎn)環(huán)節(jié),保證了員工身體健康;另一方面,在就業(yè)壓力不斷加劇的今天,工業(yè)機器人的使用對于在職員工來講,相當于一種變相的激勵,員工只有在不斷學習的過程中,掌握更多技術(shù),才能保證不被社會所淘汰.對于企業(yè)自身來講,工業(yè)機器人的應(yīng)用,無論是在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是提高在職員工工作技能層面上,都有著一定促進效果.
綜上所述,工業(yè)機器人在制造業(yè)中起著不可替代的作用.在現(xiàn)代制造業(yè)不斷發(fā)展的背景下,人們對工業(yè)機器人,尤其是全自動、智能化的先進型工業(yè)機器人的要求將會越來越高.企業(yè)生產(chǎn)過程中,利用全自動化、智能化的工業(yè)機器人實現(xiàn)高效率、標準化的生產(chǎn)模式將是企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化的未來追求.
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