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工业机器人自动化生产线研究

2019/09/25 阅读:

摘要:近年来,工业机器人在工业生产中得到了广泛应用,利用工业机器人组建自动化生产线,能够有效提高生产效率、降低生产成本,从而大大提高企业的综合效益。基于此,文章在分析了工业机器人结构及特点的基础上,提出了基于工业机器人的自动化生产线构建策略,最后就工业机器人的技术前沿与伦理问题作进一步探讨,以期为一线工作提供借鉴与参考。

关键词:工业机器人;自动化;生产线

工业机器人是现代制造业的主角,工业机器人的应用水平在很大程度上反映了一个国家的制造业水平,积极应用工业机器人组建自动化生产线,是今后制造业发展的重要趋势。在中国制造2025战略背景下,积极研究基于工业机器人的自动化生产技术,具有重要现实意义。

1工业机器人的结构

1.1工业机器人的结构

工业机器人主要由主体、控制系统、驱动系统组成,其中,主体部分具有强大的动作功能,可模拟人体完成抓取、搬运、分拣、放置等操作。执行机构是工业机器人主体中最为关键的部分,主要由手、腕、臂三部分组成,通常有3个以上的自由度,复杂一些的工业机器人能够达到7个甚至更高的自由度,显然,自由度越高的工业机器人能够执行越复杂的操作,其功能也更加强大。控制系统相当于人的大脑,其通过预先编好的程序对执行机构发出指令,控制机器人完成各种操作。驱动系统相当于人的肌肉和筋络,通过接收控制系统发出的指令信号,驱动动力元件产生相应的动作,配合执行机构完成各种操作任务。

1.2工业机器人的特点

工业机器人具有较高的自动化程度,能够依靠自身动力做出各种复杂动作,替代人类完成各种复杂环境下的工业生产任务。工业机器人既可以按照事先编写的程序运行,也可由技术人员手动操作,现代工业机器人还有向人工智能发展的趋势。与传统的人工作业相比,工业机器人的工作效率更高,动作更为精准,且具有持久工作的能力,可以24小时不间断运作,因此在工业生产中备受青睐。目前,工业机器人主要应用在焊接、抛光、喷涂、装配、冲压、包装、检测等领域。

2基于工业机器人的自动化生产线构建

工业生产往往具有较高的危险性,且劳动强度普遍较高,在一些不适合人工现场操作的工业生产环境中,可用工业机器人组建自动化生产线,代替人来完成各种复杂的生产活动。对于不同的工业生产任务,在自动化生产线的构建上也存在很大区别,本文以冲压自动化生产线为例进行说明。

2.1运行方式

在冲压自动化生产中,为保证机器人正常可靠运转,首先要为工业机器人设定规范、合理的工作流程,精准的动作路径,使之能够安全、有效地执行各种操控指令。不同类型的工业自动化生产线在系统运行方式上各不相同,对于冲压自动化生产线来说,首先要进行垛料拆垛,然后是板料对中,主要有重力对中、机械对中、光学对中三种方式,目前使用最为广泛的是光学对中。对中后,通过上料机器人放料,然后进行冲压操作。每次冲压结束过,通过下料机器人取料放料,根据具体的生产工序要求,冲压工序可循环数次,待完成末端冲压后,由尾线机器人负责取料放料,最后的码垛任务可交给现场操作人员完成。

2.2系统组成

工业冲压生产主要包括拆垛、上下料、输送、对中、冲压几大工序,相应的,冲压自动化生产线应包括拆垛系统、上下料系统、线尾输送系统、对中系统、压力机几大部分。将工业机器人应用于拆垛工序,组建自动拆垛系统,能够大大提高拆垛效率及安全性。拆垛系统通常由走带电机、拆垛小车、自动涂油装置组成,采用可循环式双垛料台,可以保证24小时不间断生产,分张器负责进行分料操作,可以保证每次单张进料。板料经导出式传送带输送至中台,通过导入式传送带取料并送入涂油机。拆垛小车一般停放在上料区,主要是为机器人取料放料提供方便。料板的涂油在拉延环节进行,因此时的料板存在较大的拉延率,涂油可有效地消除冷轧料板上的滑移线,不但使加工面满足要求,还可提高冲压料板的防锈性能。

2.3控制系统

控制系统包括数据层、物理层、人机交互平台三大部分:数据层在整个系统的运行过程中发挥着十分重要的作用,数据传输与分析的效率直接影响着系统运行的可靠性。数据层负责进行数据的传送和分析,在工业自动化生产中,各物理层或设备之间的数据交换主要依靠现场总线来实现,目前常用的总线技术包括Profibus技术、EPA实时以太网技术等,其中,EPA具有布置简单方便、用线量少等优点,非常适合在冲压自动化生产中使用。使用EPA技术时,可利用EtherCAT相关网络设备监控网络系统的对接,利用DCS系统进行集中或分散控制,通过这种方式能够在一定程度上避免因机器人循环动作而导致的数据层损坏,提高系统运行的稳定性。物理层由控制站、操作站、现场控制层、感知设备、执行机构等组成,主要负责数据收集和感知。物理层设备大多为开放性设备,通过EPA技术与数据层的PLC之间进行数据交换,便于系统实时掌握各物理层设备的运行状态,进而实现对设备动作路径的精准控制,提升动作执行的准确性。人机交互平台是系统的重要组成部分,是用来显示操作流程、系统参数、故障报警等信息的可视化平台,通过人机交互平台,技术人员可直观查看或操控系统,及早发现系统存在的故障及问题,并予以及时解决,从而保障系统的高效稳定运行。目前,浙大中控的Configuratiom及Ad-vanTrolPro等都是比较优秀的中控操作软件,在触摸屏选择上,国内企业使用比较多的是siemens触摸屏。

2.4安全系统

为了能够加强冲压生产线的运行效果,必须要针对冲压生产线制定一系列的安全防护措施,避免工业机器人发生故障。尽管冲压生产线被分为不同的区域,而且各自设备的运行也都在一定的区域内,但是很多的设备会出现有部分重叠的情况,如果没有针对重叠区域进行合理的控制和调配则很容易导致工业机器人在运行过程中发生碰撞,造成安全隐患。由于控制系统非常复杂,所以必须要加强对于控制系统的日常调配,通过各种参数以及设计及时调整工业机器人的工作方法。对于冲压生产线的保护可以通过硬件保护与软件保护两种策略共同运行,全面提高冲压生产线的保护效果,例如通过硬件监控能够针对各项数据进行传输为此必须要加强总线的抗干扰能力,另外监控系统也应该保证数据传输的过程中附带屏蔽层,提高安全防护的系数。此外,为保障冲压线的安全运行,需配备完善的安全装置,上位机PLC通过总线技术实时监控安全区域状况,出现故障时将发出声光警报或紧急停车,并且实现了故障点位置的可视化。

2.5模拟仿真系统

为合理布置生产线、缩短现场调试安装周期,利用工业机器人的离线编程功能,对工业机器人的工作速度、运动轨迹和有效负载等进行仿真,仿真可避免现场的系统干涉及节拍不合理,能够提高生产线的可靠性和安全性。

3工业机器人的技术前沿与伦理

随着机器人技术的迅速发展,工业机器人的应用价值日益凸显,未来工业器人的研究主要集中在柔性机器人技术、生肌电控制技术、情感识别技术、敏感触觉技术、会话式智能交互技术、脑机接口技术、云服务技术、虚拟现实机器人技术等领域。这些技术的实现,将极大地改变当前的工业生产现状,促进真正的智能制造时代的到来。值得一提的是,工业机器人的广泛使用,也在社会上引发了强烈的失业忧患,特别是对人口众多的发展中国家来说,工业机器人在减轻劳动者工作压力的同时,也挤占了有限的就业岗位,带来了一系列的社会问题。因此,如何在发挥工业机器人巨大应用价值的同时,妥善解决好机器人的伦理问题,使工业机器人在与人类保持和平共处的情况下更好地服务于社会经济发展,是当前社会亟需思考的问题。

4结束语

综上所述,本文以工业机器人的结构为切入点,从运行方式、系统组成、控制系统几个方面详细论述了基于工业机器人的自动化生产线构建策略,多角度入手,旨在促进工业机器人在自动化生产线中的应用,提高我国工业自动化生产水平。

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作者:田增愿 单位:珠海城市职业技术学院

工业机器人自动化生产线研究

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