工业机器人的应用探析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：但异形、大型材料或船舶、车辆等大型废旧设备的切割，已开始逐步使用工业机器人。其中，汽车制造业、电子电气工业、金属制品及加工业是目前工业机器人的主要应用领域。图5-41工业机器人的应用汽车及汽车零部件制造业历来是工业机器人用量最大的行业，其使用量长期保持在工业机器人总用量的40%以上。金属制品及加工业的机器人用量大致在工业机器人总量的10%左右，使用的种类主要为搬运类的输送机器人和装卸机器人。

1.工业机器人的应用现状

在当今科学技术飞速发展的背景下，工业机器人技术的应用渐趋普及，特别是在工业自动化控制领域，该技术的应用发挥出了不可替代的重要作用与价值。

1）加工类

加工机器人是直接用于工业产品加工作业的工业机器人，目前主要有焊接、切割、折弯、冲压、研磨、抛光等类别。此外，也有部分用于建筑、木材、石材、玻璃等行业进行切割、研磨、抛光的加工机器人。

焊接、切割、研磨、抛光加工的环境恶劣。加工时所产生的强弧光、高温、烟尘、飞溅、电磁干扰等都不利于人体健康。这些行业采用机器人自动作业，不仅可改善工作环境，避免加工过程对人体造成伤害，而且机器人还可自动连续工作，提高工作效率和改善优化加工质量。

焊接机器人（Welding Robot）是目前工业机器人中产量最大、应用最广的产品，被广泛用于汽车、铁路、航空航天、军工、冶金、电气等行业。自1969年美国GM（通用汽车）公司在Lordstown汽车组装生产线上装备首台汽车点焊机器人以来，机器人焊接技术已日臻成熟。机器人的自动化焊接作业，可提高生产效率、确保焊接质量、改善劳动环境，也是当前工业机器人应用的主要方向之一。

材料切割是工业生产不可缺少的加工过程，从传统的金属材料火焰切割、等离子切割到可用于多种材料的激光切割加工都可以通过机器人完成。目前，薄板类材料的切割大多采用数控火焰切割机、数控等离子切割机和数控激光切割机等数控机床加工。但异形、大型材料或船舶、车辆等大型废旧设备的切割，已开始逐步使用工业机器人。

研磨、抛光机器人主要用于汽车、摩托车、工程机械、家具建材、电子电气、陶瓷卫浴等行业的表面处理。使用研磨、抛光机器人不仅能使操作者远离高温、粉尘、有毒、易燃、易爆的工作环境，而且能够提高加工质量和生产效率。

2）装配类

装配机器人（Assembly Robot）是将不同零件组合成部件或成品的工业机器人，常用的主要有装配和涂装两大类。

计算机（Computer）、通信（Communication）和消费性电子（Consumer Electronic）行业（简称3C行业）是目前装配机器人最大的应用市场。3C行业是典型的劳动密集型产业，采用人工装配，不仅需要使用大量的员工，而且操作工人的工作重复、频繁，劳动强度极大，致使人力难以承受。此外，随着电子产品不断趋向于轻薄化、精细化，产品对零部件装配的精细程度日益提高，部分作业人力已经无法完成。

涂装类机器人用于部件或成品的油漆、喷涂等表面处理，这类处理通常含有危害人体健康的气体。采用机器人自动作业后，不仅可改善工作环境，避免有害、有毒气体的危害，其还可自动连续工作，提高工作效率和优化加工质量。

3）搬运类

搬运机器人（Transfer Robot）是从事物体移动作业的工业机器人的总称，主要有输送机器人和装卸机器人两大类。

工业生产中的输送机器人以无人搬运车（Automated Guided Vehicle，AGV）为主。AGV具有自身计算机控制系统和路径识别传感器，能够自动行走和定位停止，可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的物品搬运和输送。在机械加工行业，AGV大多用于无人化工厂、柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）的工件、刀具搬运和输送。它通常需要与自动化仓库、刀具中心、数控加工设备及柔性加工单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）的控制系统互连，以构成无人化工厂、柔性制造系统的自动化物流系统。

装卸机器人多用于机械加工设备的上下料，它常和数控机床组合，以构成柔性加工单元（FMC），从而成为无人化工厂、柔性制造系统（FMS）的一部分。装卸机器人还经常用于冲剪、锻压、铸造等设备的上下料，以替代人工完成高风险、高温等恶劣环境下的作业。

4）包装类

包装机器人（Packaging Robot）是用于物品分类、成品包装、码垛的工业机器人，主要有分拣、包装和码垛3类。

计算机、通信和消费性电子行业（3C行业）和化工、食品、饮料、药品工业是包装机器人的主要应用领域。3C行业的产品产量大、周转速度快，成品包装任务繁重；化工、食品、饮料、药品包装由于行业特殊性，人工作业涉及安全、卫生、清洁、防水、防菌等方面的问题。因此，这些行业需要大量地应用装配机器人，来完成物品的分拣、包装和码垛作业。

5）检测类

检测机器人在应用过程中所承担的任务就是针对已生产出的各种产品或零件进行合格检查，像测量生产零件尺寸是否合乎标准、对零件进行质量检测等，通过一系列的规范化检测过程，保证企业整个生产过程的精确性。而且，机器人检测与传统人工检测相比，精准度更高，即使是一点差错也会被检测出来，从而有效降低了人工检测的误差。

2.工业机器人的应用领域

根据国际机器人联合会（IFR）等部门的最新统计，当前工业机器人的应用行业分布情况大致如图5-41所示。其中，汽车制造业、电子电气工业、金属制品及加工业是目前工业机器人的主要应用领域。

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图5-41　工业机器人的应用

汽车及汽车零部件制造业历来是工业机器人用量最大的行业，其使用量长期保持在工业机器人总用量的40%以上。使用的种类以加工、装配类机器人为主，是焊接、研磨、抛光及装配、涂装机器人的主要应用领域。

电子电气（包括计算机、通信、家电、仪器仪表等）是工业机器人应用的另一主要行业，其使用量也保持在工业机器人总量的20%以上，使用的主要种类为装配、包装类机器人。

金属制品及加工业的机器人用量大致在工业机器人总量的10%左右，使用的种类主要为搬运类的输送机器人和装卸机器人。

建筑、化工、橡胶、塑料以及食品、饮料、药品等其他行业的机器人用量都在工业机器人总用量的10%以下；橡胶、塑料、化工、建筑行业使用的机器人种类较多；食品、饮料、药品行业使用的机器人通常以加工、包装类为主。

3.工业机器人的发展趋势

工业机器人在许多生产领域的应用实践证明，它在提高生产自动化水平、提高劳动生产率、产品质量、经济效益以及改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。随着科学技术的进步，机器人产业必将得到更快速的发展，工业机器人也将得到更广泛的应用。

1）技术发展趋势

在技术发展方面，工业机器人正向结构轻量化、智能化、模块化和系统化的方向发展。未来主要的发展趋势如下：

（1）机器人结构的模块化和可重构化。

（2）控制技术的高性能化和网络化。

（3）控制软件架构的开放化和高级语言化。

（4）伺服驱动技术的高集成度和一体化。

（5）多传感器融合技术的集成化和智能化。

（6）人机交互界面的简单化和协同化。

2）应用发展趋势

自工业机器人诞生以来，汽车行业一直是其应用的主要领域。2014年，北美机器人工业协会在年度报告中指出，截至2013年年底，汽车行业仍然是北美机器人最大的应用市场，但其在电子、电气、金属加工、化工、食品等行业的出货量也增速迅猛。由此可见，未来工业机器人的应用将依托汽车产业，迅速向各行业延伸。对于机器人行业而言，这是一个非常积极的信号。

3）产业发展趋势

国际机器人联合会公布的数据显示，2013年，全球机器人装机量达到17.9万台。亚洲、澳洲占10万台，其中中国占36 560台，整个行业产值300亿美元；2014年全球机器人销量22.5万台，亚洲的销量占到2/3，中国市场的机器人销量近45 500台，增长35%。到目前为止，全球的主要机器人市场集中在亚洲、澳洲、欧洲及北美，累计安装量已达200万台。工业机器人的时代即将来临，并将在智能制造领域掀起一场变革。

■任务总结

通过学习工业机器人相关基础知识，使学生认识工业机器人，熟悉工业机器人的相关基础知识，拓宽专业知识面。

■拓展案例

1.国内外工业机器人的发展历程与现状？

2.工业机器人的主要参数有哪些？

3.工业机器人的编程方法有哪些？

工业机器人的应用探析

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