孙鹏涛

（上海信息技术学校智能制造系 上海市 200331）

1 工业机器人简述与特点

1.1 简述工业机器人

当代的社会的制作产业中，工业机器人的自动化生产线是最主要的生产体系。目前我国工业机器人一般是由驱动系统及控制系统等部分组成。工业机器人自动化生产线的产生可以很大程度上的代替人工作业，也提高了制造业的生产质量及效率。工业机器人的控制系统，可以根据编辑好的程序对机器人发出相应的指令，更加有效的控制工业机器人完成各项操作任务。

1.2 工业机器人的特点

操控工业工业机器人的方式和操控数控机床有点类似，但也具有一些自己本身需要注意的特点，一般操作如下：

（1）极强的拟人化功能。工业机器人的拟人化功能是其最为突出特点之一。工业机器人的机械手臂具备了类似于人的手臂及手腕的部分操作，通过计算机的编程控制，可以基本实现人类手臂的各项功能与操作。另外，在工业机器人上加入视觉传感器、声音传感器及力传感器等各种传感器功能，可以极大的提高工业机器人对周边环境的认知与适应。

（2）计算机编程。在日常的工业生产中，可以跟着生产目标及环境，对工业机器人进行计算机编程，使得生产作业根据的多样化，也更加的灵活，同时节约了成本减少了损耗。

（3）工业机器人的适应性。除了很少对专业要求极强的领域外，工业机器人能适应大多数的生产任务，其通用性极强。搭配着各类型传感器，使得工业机器人的绘画功能、语音功能、制作功能等都得到了极大的提升，也扩广了其所适用的范围。

组建自动化生产线，在我国生产制造业中会有很多高度危险的作业，且有时劳动强度也非常大、环境较为恶劣，这类工作一般不太适合人工完成，所以作业工作条件中，就需要进行组建自动化生产线，用来代替人工完成这一系列的高强度、高风险的作业。自动化生产线中的分工不同，机器人的功能也就不相同。

如图1 所示，是根据本文中的自动化生产线列举了其中的一条生产线（自动冲压式生产线）进行说明。

2 工业机器人的运行方式及系统组成

2.1 工业机器人的运行方式

在冲压式生产线中，为了使得工业机器人的性能更加的稳定。首先我们要对机器人工艺流程及动作指令进行合理化和规范化；不同类型不同生产线的工业机器人，其性能也完全不同。就自动化冲压机器人生产线而言。机器人要使用上料、下料及剁料、码料等指令，在机器人生产过程中需要由上料机下料机器人手臂抓取材料放入模具中进行冲压，完成后再由下一单元的上料、下料机器人进行第二道工序的加工。完成整个冲压后，再由机器人将成品抓取住进行码垛、传送到检测单位进行检测。

图1：自动冲压式生产线

2.2 工业机器人的系统组成

当代的自动化冲压生产线机器人中，其组成部分主要包括：拆剁、码垛、上下料、运输及冲压等几道工序组建而成。而工业机器人自动化冲压生产线主要是包括：拆剁及上、下料系统和码垛系统几个部分组建而成。在拆剁、码垛及上下料工序中一般是由机器人代替完成了一系列工作，可以很大程度上的提高拆剁、码垛、上下料环节的工作效率、工作质量及安全质量等。其中拆剁、码垛系统一般是由 AGV 物料车、循环双向剁料台、智能传送带及机器人共同组建完成的，没有人工的参与，可以保证24 小时的不间断作业。机器人传送带在传送板料的过程中还会进入涂油机对其进行涂油处理。板料本身具有很大的拉延性，涂油完成后，机器人还会对所有的冲压零件进行按时间或者数量进行抽检，保证整个生产线的完美度。

2.3 工业机器人的计算机控制系统

我国柔性制造系统中一般分为数据层、物理层及人机交互平台这三个主要的组成部分。

（1）数据层：是计算机控制系统中最为重要的组成部分之一，在整个生产过程中发挥着十分巨大的作用。数据的传输及分析的都会直接影响到系统运行的可靠性及安全性。数据层一般分为数据传输及分析，在自动化生产过程中起到了十分重要的作用。且各个物理层间数据交换主要也是依靠实际现场的总数据来实现的。

（2）我国目前计算机控制系统里一般采用的总线技术有 Profinus 及 EPA 实时以太网等。其中EPA 具有现场总线布置及用线量少等的优势和特点，能够极好的适应自动化冲压生产过程的使用。工业机器人冲压自动化生产中应用EPA 技术可以更好的通过 EtherCAT 网络及监控设备进行对接，最后使用 DCS 系统进行集中或控制。通过此种类型的方法可以在一定程度上提升控制系统实际使用时的安全性及稳定性。

（3）物理层一般是由控制站及操作站等部分做成，其主要的作用是进行整体的数据收集及感知。物理层设备一般都是开放性的设备，可以通过 EPA 及PLC 进行数据转换，更加方便控制系统可以对其进行实时状态的操作，从而更加有效的实施对设备动作路径的控制，从而达到提升动作的执行准确度。

（4）人际交互平台是控制系统中最为重要的组成部分，其功能是显示生产过程中具体的操作流程、系统参数和设备故障等相关信息的可视化平台。我们通过人机交互平台，计算机控制系统中工作人员可以直接观看和操控整个系统，最终可以及时的发现控制系统所存在的问题，可以及时的给与解决，从而可以进一步保证整个系统的高效稳定的进行工作。

2.4 安全系统

工业机器人安全系统是自动化生产线中最关键的一部分。是对自动化生产线中的各种方式进行安全保护措施，确保工业机器人在工作作业中尽可能的减少故障问题。控制系统一般较为复杂，所以安全系统对机器人控制系统可以够起到极好的调配作用，而且还可以通过 PLC 实现实时监控，在机器人生产过程中出现故障可以立即报警，从而可以达到故障位置的可视化，进一步确保了整个自动化生产线的安全、稳定、可靠。

3 工业机器人构造

当代的工业机器人大都由传感系统、伺服驱动系统、控制器系统与操作机所组成。简单来说也就是工业机器人是由控制系统、驱动系统、主体 3 主要部分所构成。

具体如下：

（1）控制系统，工业机器人的控制系统是将需要执行的作用的程序录入到该机器人电脑设备中，利用电脑程序驱动机器人进行相应的作业任务。

（2）驱动系统，机器人驱动系统中包括了传动装置和动力系统两部分，能够完成控制系统下达的作用任务。

（3）主体，机器人主体是包括手部、腕部于臂部三部分，当然小部分特殊要求的机器人还具备行走功能，装配了行走所需要的装置。大多数的机器人都有 3 到8 个自由运动度。

（4）机器人网络通信。通过连接高科技的网络给予机器人更加自由、更加网络化的功能，可以让让机器人的标准化系统更加的完善。

（5）并联机构。这种类型的技术其实是数控技术的拓展表现，属于工业机器人的外延技术。该项技术使用并联机构和机器人技术相结合，以便于可以完成更加高精度的加工和高精度测量作业。此项技术的出现为工业机器人的一体化提供了更高技术层面上的支持。工业机器人是可以在很多环节，情景下完成各种作业、重复编程及自动操作的自动生产设备，因此得到了非常多厂家的青睐。

4 工业机器人控制设计

在当下现代化工厂中，工业机器人早已经是不可或缺的一部分了，工业机器人代替了流水线工人，节约了大量的人力资源。工业机器人操作与控制需要结合其特定的工作位置给予相应的程序设计。例如汽车车架的生产电脑程序师就需要结合具体的生产流程、生产组织给与设计，编入机器人程序中。

具体如下：

（1）程序员需要了解车架焊接要求与工艺，根据具体的工艺要求总结好焊缝数量和焊接点数量，以此为准点来确定机器人的作业范围和作业特点[1]。

（2）程序员针对焊接要求、焊接工艺要求，使用工业机器人编程语言对工业机器人进行编程。

大多数的编程方法有 2 种。

①示教器编程；

②软件离线编程。

第一种是根据机器人运动路线、动作路径来确定机器人的编程语言，使用手动方式记录好机器人的运动点，通过一步一步的具体记录，让机器人掌握好具体流程。第二种是软件编程，通过以计算机为载体的编程方式进行操作，这种方式需要我们先行建模，然后确定工件、机器人移动情况及工作路径。机器人的行动流程全部由软件控制生成。结束程序编辑以程序设计以后，由专门的技术人员对其进行调试，以此检测该机器人的程序是不是可以达到投入使用的状况。

5 自动化生产线组建研究技术

（1）运用机器人远程控制技术。这是现代技术与高科技，网络技术合二为一的代表，可以远距离操作工业机器人进行生产作业，很大程度的确保了机器人工业生产线产品的质量和效率。

（2）机器人资源管理。这套系统可以够连接制造工艺资源，从而提高工业生产技术，实现了机器人生产技术实时监测功能，确保了生产制造的自动化和信息化。还有就是机器人定位系统，定位系统可以快速制定好完整的生产线，打造出完整的制造信息系统[2]。从而提高了机器人生产线上的安装的精度与质量，打造了全线生产透明化。该项技术从根本上解决了智能管理需求，能够单独自主的处理与各个环节需要，有效的及时的处理各类突发性问题。

（3）机器人自动柔性管理技术。因为一般各企业的生产控制与管理流程都会十分的复杂，所以需要机器人的柔性自动化系统和控制一体化系统进行配合支持。工业机器人自动柔性技术实际是一种可以建立系统功能与系统结构的技术，很大程度上的完成了系统开放式的控制也很好的确保了信息管理之间的无缝衔接。一般工业机器人都需要配备信息输入与输出两个模块，因为需要保证技术人员可以可靠的、轻松的操作该机器人。比如瑞典的ABB 制作的工业机器人一般会配备DSQC651 单独的输入模块。现在我们国家已经建立了完整的焊装、喷涂以及装备机器人、弧焊机器人一体化的生产流水线。在我国机器人工业自动化水平飞速发展的今天，工业机器人自动化渐渐成为了企业自动生产主要趋势。工业机器人技术理论在全球各大企业全力使用工业机器人进行生产制造的过程中，大家都出现了一个担忧，就是工业机器人代替了人工，那么社会的失业率和生产的安全隐患，会不会存在很大的问题。有人认为按照当下工业机器人发展速度及规模，有可能会让很多人失去工作，而且智能化机器人的出现，会不会对人类社会造成一定的威胁。工业机器人技术的出现其实有利也有弊，工业机器人很大程度上的减少劳动者工作危险性和压力也创造出了更多的社会财富。但是与之同时，工业机器人的出现肯定会损害到很多基层生产者的权益。随着科技不断的发展，自动化技术不断的提升，传统机器人会慢慢的被淘汰，工业机器人会向着高科技的智能机器人方向发展。

综上所述，工业机器人自动化技术肯定会在市场上占据极为重要的地位，也会为社会创造出更多的价值。