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工业机器人在自动化领域的应用路径探析

[《产业创新研究》2022年第4期], 国研网 发布于 2022/5/19


随着我国智能化技术的发展,工业机器人由此诞生,并且已经投入使用。新时期背景下,各个领域也加强了生产中机器人的应用力度,还扩大了应用范围,技术支持方面也更为丰富,如传感、人工智能或是信息和计算机等技术。本文以现代化信息技术为基础,对工业机器人在自动化领域的应用展开分析,借此助推工业自动化的持久发展。

摘要:随着我国智能化技术的发展,工业机器人由此诞生,并且已经投入使用。新时期背景下,各个领域也加强了生产中机器人的应用力度,还扩大了应用范围,技术支持方面也更为丰富,如传感、人工智能或是信息和计算机等技术。本文以现代化信息技术为基础,对工业机器人在自动化领域的应用展开分析,借此助推工业自动化的持久发展。

关键词:工业机器人,自动化,应用路径

近些年来,世界经济的整体水平在不断提高,正是因为科学技术和经济水平处于快速发展期,如果只是单纯依靠经济实力,是难以对某个国家的现代化水平进行评估的,此时工业机器人的应用可以有效衡量国家的自动化发展水平,作为重要的参考依据。现阶段,为确保工业机器人在实践中的应用,工信部门相继出台了与工业机器人应用相关的行业规范。随着应用技术和相关政策的支持,国内工业机器人时代已经到来,未来工业也正在趋于智能化方向发展。本文将以工业机器人在自动化领域的应用为切入点,对机器人的具体应用展开研究。

一、工业机器人的特点和功能

(一)工业机器人的特点

工业领域应用工业机器人之后,可以充分利用自动化技术,代替传统的人力劳动,这将会有效提高企业生产效率,节约公司成本。同时,传统人工操作中很容易因为机械故障发生安全事故,而工业机器人可以从一定程度上规避这方面风险。工业机器人设计的过程中,无论是力学或是结构学,都要以实际工厂操作为基础,进行机器人描述时会采取坐标的方式,以更改机器人运动状态。工业机器人的本质特性之一就是智能化,设计人员前期进行程序设定,系统将会自动完成岗位要求,可按照人类的基本思维来操作。工业机器人工作方式是通过内部程序和参数的不断变化,完成指定命令。机器人参数一旦改变,性能和运行就会受到相应影响。在现代智能化的背景下,工业机器人可以实现和网络的相连,工作人员可以分析数据库信息,作出工业生产的科学决策。

(二)工业机器人的功能

工业机器人具备多重功能,其中最为基础的就是运动控制与示教再现。示教功能实施过程中,操作人员可把机器人运行速度、位置等相关数据信息输入于控制系统,随后利用记忆功能,更好地存储信息。接下来,工作人员可对机器人的动作代码进行编辑,将其输入到控制系统中,当机器人运行时,就可以预先调动设置好的指令,通过指令调动进行程序操作,实现示教功能。例如,汽车生产步骤,就可以充分发挥自身对机器人的示教功能。在科技与经济双方面快速发展的情况下,工业机器人显然已经成为社会中较为关键的技术形式。工业生产中经常会涉及高温、高危等不利环境,而工业机器人的出现可以从一定程度上代替人工,避免人类重复这些工作,能规避生产进程中可能造成的人员伤亡。另外,因为机器人自身具有较强的工作能力与适应力,将其应用于工业生产之中后,工作生产效率就会得到显著提升,如装配机器人、焊接机器人等,只要给予机器人特定指令,其就可以发挥功能,完成工作任务。

二、工业机器人构成及控制方式

(一)工业机器人的构成

机器人的主要构成部分为主体、控制和驱动系统。通常来说,机器人手的自由度是4—7个,腕的自由度是2—3个,而手臂自由度是4—5个。控制系统分为操作和驱动两部分,驱动系统又包括动力机构和传输装置,主要装置控制项中涵盖计算机、传感器接口以及示教盒等。机器人实际的运行中,工作人员可以利用微处理器和微机设备,对机器人发布指令,以此实现机器人的调度。设计方面,以设备储存和人工演示方法为基础,建立人与机器之间的交互利用。传感器功能如同人体的不同器官,如耳朵、眼睛或是四肢等,具有一定的感应能力,可以感受到机器人的实际运行速度,也可以实现对机器人运行状态的有效控制。

(二)工业机器人的控制方式

1.智能控制

智能控制是常见的方式之一,其主要是在工业机器人运行期间,传感器收集周遭环境的信息,将其发送于控制系统,控制系统会对相关信息进行分析,发出操作指令,这更有助于体现机器人的智能化操作和自动化运行,在适应环境方面性能更佳。

2.触觉控制

顾名思义,触觉控制指的工业机器人采取触觉方式,获取周围信息,并且会密切配合,进一步展现自动控制的功能。工业机器人的运用,是为了提高工作效率,所以工作人员要确保该机器的准确性和安全性,使其能发挥自身作用。

3.智能教学

该方式指的是工业机器人的动作、行为和操作速度应该符合相关的操作要求,从位置和状态上进一步进行机器人自身的控制。

三、工业机器人在自动化领域的具体应用

(一)汽车制造领域的应用

目前,我国汽车制造的全过程中超过50%都用到了工业机器人,应用最多的为焊接机器人。据笔者了解,西方经济发达国家汽车加工所使用的机器人总构成当中,工业机器人的占比已经超过一半。由此可以发现,工业机器人在汽车制造领域的应用已经成为大势所趋,而且基本已经代替了传统模式。现阶段,我国正致力于走向工业强国,因此从国家整体发展来看,汽车制造业中的工业机器人使用,将助力汽车制造领域加工效率的提升,保障汽车的整体性能,企业竞争力也会大幅增强。从某种程度上来说,企业制造领域制定的发展目标,使我国的工业机器人发展有了重要推动力。汽车领域未引入工业机器人时,主要的操作为人工形式,工作效率较低。从工作量来说,每个工人只能同时兼顾两台设备,对于企业产量的提升极为不利。新时期背景下,在工业机器人的广泛应用下,机器人只需要按照输入的指令操作,就可以同时控制多个设备,加工任务完成时间缩短,产量增加。另外,从相关数据来看,工业机器人的使用,解放了大量劳动力,企业的人力成本也急剧缩减。具体来说,工业机器人在汽车领域的应用体现在下列几点:

1.喷涂方面的应用

汽车制造过程中,工业机器人在喷涂方面的应用极为常见。其工作内容主要为喷漆与涂胶,也就是利用车身材料所展现的化学属性与物理属性,根据厚度与形状,将胶涂于减震与密封的位置,随后向汽车外观喷漆,确保车身喷漆能够光滑、均匀。例如,可以利用机器人对汽车挡风玻璃涂胶,该系统利用了PLC传输玻璃,把控制指令输送给执行元件,以固定、对中与夹紧玻璃。机器人涂胶工序完成之后,就可以装配车窗玻璃,玻璃安装时间可以控制在15分钟之内,随后利用玻璃胶固定玻璃与车身铂金。为确保粘贴部位的牢固,工作人员也可以进行外力按压,若玻璃胶并未出现溢出,就可以使用密封封条,保证压平玻璃厚度为4—8毫米。

2.搬运方面的应用

由于汽车零部件性能、形态以及安装状态并不统一,所以就需要不同型号的机器人,根据预先输入的指令执行,进而能够快速、精准地确定工件的位置。按照实际操作流程需求,机器人可以选择适宜部位抓取工件,将其运送到指定位置,将会进一步防止零部件被损伤。例如,进行自动柔性搬运途中,可以发挥视觉系统的作用,将工件位置与机器人的关系标注出来,给机器人参考,使其知道工件的具体位置。机器人收到视觉系统的位置信息后,将会按照工件类型与不同特点,对工件进行精准定位,随后在自动设置参数后,以最快速度抓取工件,并运送到指定位置。

3.点焊与弧焊方面的应用

汽车生产期间,点焊技术对于汽车的使用有着极为重要的现实意义,根据不同运行程度安装的要求,焊接汽车车身不同的部位,应该保证焊接操作精准度能够控制在0.25毫米之内。另外,弧焊装置是目前使用的工业机器人设置当中已经拥有的装置,其利用计算机技术,对工业机器人速度进行控制,而且还发挥传感器的作用,进行轨迹应用于点位控制。随后,利用工业机器人进行圆弧插补或者直线插补,根据汽车生产的实际情况进行圆弧形焊接操作或者直线焊接操作,从而满足汽车生产需求。

(二)工业机器人在化工行业的应用

1.工业机器人在生产过程中的应用

1)生产输送中的应用

化工领域因为工作过程中难以避免部分高毒性和高危风险,所以,尽量规避人力劳动,减少安全事故,就成为管理人员考虑的问题。工业机器人除了可以用于汽车领域之外,也可以应用于化工领域。部分企业已经将工业机器人用于生产运输中,比如,青海五彩碱液公司就投入使用了堆垛机器人,用于日常的生产中。同时,企业人员还结合了自身所处的地理位置和产业特性,预先对机器人可能出现的故障进行了分析,随之把机器人控制柜置于空调房间,定期会使用酒精清洗消毒,有效防止因低温造成的机器人故障,不仅增强应用效果,而且还可以延长元件的使用年限。化工原料的生产运输难以固定,容易滑落是需要工作人员克服的问题之一。在已有的研究中,有的学者倾向于对化工原料防滑机器人进行研发,取得了一定成果,最终研发出两种防滑化工运输机器人,一种是机器人行走期间,可以同时把除油液喷洒在履带的表面,除油液能够快速清洗附着的油污,防止油污最终形成油膜,可以有效防止履带打滑与飘逸的问题;另外一种机器人就是通过在履带内等距设置永磁块,与相对设置的滑塞中磁性材料同极相斥。机器人行走其间,就可以实现对履带表面油污的清洗,同样可以起到防止油污形成油膜的作用,规避化工原料由于机器人打滑而掉落的问题,进一步确保了运输的安全性。针对部分挥发性强的化学原料所挥发的气体不但很容易溢出,而且还可能会影响到操作人员的身体健康的问题,目前已有学者对此展开研究,研究成果形成了化工生产用的防雾化原料机器人,该类型机器人在保温桶底部设置了水平负压管与除雾箱,把碱性溶液置于除雾箱之中,再以惯性把酸雾收到除雾箱内,这样就能够缓解人为因素下的酸雾问题,也可以避免操作人员受到化学气体的损害。

2)故障检测中的应用

石油石化天然气的安全问题关乎我国的经济发展,因其产生的连锁反应巨大,所以也会影响国民安全。这就需要石化人员实时掌握石油管道的工作状态,日常工作中要尽可能实行高频次维护和探测。国内的部分学者在研究中开发了一种石油化工多维感知巡检机器人装置,该装置的原理是把光电探测器所反射回来的光束,转变为目标电信号,应用DSP微处理器,对电信号和电信号进行处理,由此预判管道中是不是出现了甲烷泄露,这一类型机器人可以实现气体的快速检测,保证生产的安全。

3)在危废处理中的应用

化工生产中涉及大量化学物品,而且因为化学反应剧烈,所以产生的危废往往具有高黏性、易燃、易爆以及高毒性的特点。对于这些危废物品,应该怎样处理是目前工作人员的难题之一。根据目前的研究,个别团队针对危废处理,已经研发成功破桶倾倒及吨袋切割特种机器人。这种机器人系统能代替人工在恶劣的环境下工作,帮人类阻挡了有害气体的吸入,可实现废弃物处理的安全高效。针对化工生产停车管道清洗,还有部分学者对核电、石油以及化工中的管道内径与内径变化清洗问题,研发出一种支撑臂同步驱动机器人装置,这种机器人可以最大程度适应管道内径变化,确保管道清洗期间机器人能够平稳运行。

2.在安全救援中的应用

1)巡检机器人

巡检机器人属于特种机器人,更多的是应用在变电站或化工园区等环境,主要是负责值班值守工作。由于化工厂或化工园区的安全环境较为复杂,且范围较大,如果仅依靠人力,很难实现全覆盖,所以使用巡检机器人就变得极有必要。例如,国内陕西陆巡智能科技有限公司就自主研发了我国第一款化工安监机器人,现在这款机器人实验成果显著,并且已经投入生产。该款机器人能够在提前设定的范围内,实现二十四小时全方位的自主规划寻轮,而且可以依据预先设置,定点停留,进行巡检任务,具备夜间红外探测、易爆颗粒检测与人脸识别等功能。如果监测环境中有意外发生,就会在第一时间发出警报。另外,王其辉也在自主研发中发明了智能轮式巡检机器人,其同时应用了激光导航和北斗导航的方式,兼具自动行走、自动扫描、自动发电等功能,可以全天候在化工厂区自主巡逻。其利用热成像与高清摄像机技术搜集信息,遇到温度异常或是危险气体泄露,将会发出警报。

2)救援机器人

化工安全事故一旦发生,救援工作的最大难度就是环境通常极为复杂,救援人员需要克服现场很多困难,因为很多不确定因素影响,所以很难完全判断事故的发展动态。针对这方面的隐患,来自北京化工大学的曹政才等学者在研究中采用时空马尔科夫随机场的方式,对图片进行了去雾处理,采用较稳定的基于特征点法的单目视觉SLAM方法融合IMU传感器数据进行危险化工事故中移动机器人的定位与建图,把该定位和建图方式应用在搜救移动机器人上面,这从很大程度上可以削减危险化学品可能带来的二次伤害,而且还可以提升人力对化工环境的探索能力。

四、结语

总而言之,我国社会经济和科学技术都处于快速发展之中。工业机器人已经和很多领域实现了深入融合,实现了自动化技术的提升,有助于减少人力负担。在未来的发展之中,随着各方面技术的优化和完善,工业机器人的应用范围将进一步扩大,而且也会给人们的社会化生产带来积极影响,从而实现社会的全面发展。

参考文献:

[1]席立锋,周衡书,陈桂春,等.纺织智能化生产技术现状及对纺织工业转型发展的影响[J].湖南工程学院学报(自然科学版),20213104):80-85.

[2]王小霞,李磊,蒋殿春.最低工资上升是否会加速工业企业自动化?——来自中国机器人进口的思考[J].当代经济科学,20214303):32-43.

[3]谢子锋,陈荣标,张传龙,等.基于工业机器人的热模锻连杆锻造自动化生产系统研究[J].现代制造技术与装备,202004):184-187.

[4]卞青澜.工业机器人在自动化控制中的应用研究[J].中小企业管理与科技,201825):166-167.

[5]汪林俊,陈军统,赵龙云.产品装配线自动化改造的动机分析及风险预估——以某汽车配件厂装配线改造项目为例[J].科教文汇(中旬刊),202002):190-192.

[6]孙新,田忠,顾国业,等.工业机器人技术在自动化控制领域的运用探讨[J].企业技术开发(学术版),2018375):49-51+66.

作者简介:1.魏继添,男,广东惠州人,深圳市奋达职业技术学校,研究方向:机器人;2.杨华清,女,广西来宾人,研究方向:先进数控技术;3.王林,男,江西九江人,研究方向:会计。

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