蔡丽娟 史玉红 蔡佳丽

摘要：随着科学技术的快速发展，我国工业机器人的研发技术不断提升，在各个领域得到了广泛的应用。汽车总装是汽车制造的最后环节，不仅需要大量的劳动力，而且占用场地较大，耗费时间长，所以总装生产效率直接关系到汽车生产企业的经济效益。工业机器人在汽车总装车间的应用，虽然提高了生产效率和质量，但是还存在一些技术问题需要解决。文章首先阐述了工业机器人在汽车总装车间中应用的难点，然后有针对性的提出了改进措施，这对于处于产业转型升级期的汽车总装车间而言具有重要意义。

关键词：工业机器人;汽车总装;定位;通用性;传感

中图分类号：U468                                      文献标识码：A                                       文章编号：1674-957X（2020）20-0032-02

0  引言

工业机器人作为先进工业制造装备的代表，对于促进工业生产的自动化、智能化和数字化发展具有重要意义，所以工业机器人的技术水平直接关系到工业生产能力的高低。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，既能够按照预先编排的程序自动执行工作，又能够接受人类的指挥进行作业。汽车总装作为汽车制造的最后一个环节，需要按照设计要求将所有零部件按规定进行装配。因为汽车零部件的数量和种类较多，所以需要耗费大量的劳动力。在车型数量增加以及多车型混线生产的情况下，对人力成本、生产交货期以及技术水平都产生了较大的压力，所以对先进装配技术和自动化设备有较高的需求度。在产业转型升级的背景下，工业机器人在汽车总装车间的应用程度相对较低，所以还有较大的发展空间。工业机器人在汽车总装车间的应用，有效的提升了生产效率和质量，但是在实际应用过程中，还存在各种各样的问题需要解决。通过对工业机器人在汽车总装车间中遇到的问题进行分析，然后有针对性的对工业机器人技术、总装车间生产布局等方面进行改进和优化，进一步提升工业机器人在汽车总装车间的应用成效。

1  工业机器人在汽车总装车间应用的难点

冲压、焊装、涂装、总装四大车间是汽车制造中的主要环节，工业机器人在各个环节都有不同程度的应用。在冲压、焊装、涂装阶段，因为作业对象相对比较固定，只需要对汽车中的某一部分进行加工生产，所以工业机器人的应用程度较高，集中程度和通用程度相对都更高，故生产效率和质量都较强。但是在汽车总装车间中，需要将数以千计的零部件按照一定的技术要求组装成整车，工艺过程较为复杂，工序繁琐，使用工具数量多，技术要求多，所以工业机器人的应用程度相对较低。为了能够更加广泛的推动工业机器人在汽车总装车间的应用程度，就需要对实际生产中存在的难点进行分析，为技术和工艺的改进提供有力的依据。

1.1 装配形式导致定位困难

汽车产品所采用的装配组织形式具体要根据产品产量和结构等要求来确定，装配形式具体包括固定式装配和流水装配，固定式装配形式主要是在固定的装配工作台或是在工作地的固定支撑架上进行基础件安装。流水装配则需要借助于具体的输送装置，按照一定的生产时间要求进行流动生产作业。一些规模较大的生产车间，一般会采用流水装配方式。在具体装配作业过程中，装配对象需要根据时间流动，输送链还会存在左右摆动或是前后窜动的情况，位置不断变化，这种情况下，机器人与装配对象之前很难建立相对稳定的位置，作业难度较大，如图1。

1.2 零件多样导致夹具接口通用性差

由于总装车站承担着数量庞大的零部件安装任务，每个零部件形状各异，安装时需要为机器人配备专用夹具来对零件进行夹持，这样一台机器人则无法实现多种零件的安装。再加之零部件材质存在较大的差异，针对于刚性零部件和柔性零部件，机器人在抓取和安装过程中都存在较大的差异性，这就导致机器人安装作业过程中无法实现通用化。

1.3 装配复杂降低机器人工作效率

在总装车间零件安装作业过程中，在车身上装配时连接方式具有多样性，安装时人员装配动作各异，而且各零部件装配无法通过一个动作实现，往往是多种操作动作的组合，这对机器人动作模拟带来较大的难度。不同装配连接方式下安装技术要求也各异，装配过程中品质要求也不同，这就需要在实际装配过程中要综合进行判断，部分安装作业时需要由人手感觉对安装力度模糊判断，每一次装配操作都不能完全相同，这种综合判断和模糊判断会对机器人工作带来较大的挑战。

2  工业机器人在汽车总装车间应用的改进措施

工业机器人在工业生产中的应用，是推动产业转型升级的重要手段。近些年来，我国汽车生产企业得到了快速发展，在汽车性能和结构设计等方面都有了不同程度的提升。而汽车设计水平的提升，势必会导致零部件种类的增加，并且车身结构也发生了相应变化，由此为汽车总装车间增加了生产难度。车型的增加需求更改生产布局和生产工艺，加之多车型混线生产又进一步增加了生产难度。为了满足汽车总装车间的生产需求，提高工业机器人的应用程度，应该在定位精度、夹具接口通用化以及感知技术等方面进行改进，切实提升汽车总装车间生产效率。

2.1 改进生产线上装配车的定位精度

高精度的定位是提高机器人装配精度的重要基础，对于流动生产线上装配车体定位困难的问题，可以将生产线划分为快进区、车位静止区和快出区，以实现在连续流动生产线中形成静止作业区，以提高装配车体定位的精度，如图2。由于流動生产线中的输送链吊架或者滑板等装置数量较多，在运行过程中可能存在一定的精度偏差，所以在静止区的装配车体也可能存在定位偏差。为了解决这一问题，可将输送链中静止区的停止挡块由单向停止定位改为双向定位夹紧，并且在快进区方向设置扶正夹紧装置，通过各种夹具或者夹持装置来提高装配车体的定位精度，为机器人进行装配作业提供更加精准的定位。为了进一步提升夹持设计的精度，可利用光栅定位、激光测距装置、视觉识别定位装置等测量夹紧的车位，然后将测量结果与理想原点位置进行比对，将偏差值传递给机器人进行修正计算，从而确定装配车体的实际定位位置，提高定位的精准度。

2.2 改进机器人主体与夹具接口优化设计

机器人在汽车总装车间的应用就是为了提高生产效率，夹具是流动生产线固定装配车体的重要工具，但是不同位置的夹具类型不同，一个类型的夹具夹持对应的零件，所以限制了机器人的通用性，降低了机器人的工作效率。如果在机器人的主体安装两到三个夹具，也只是有微小的改进。为了提高机器人作业夹具接口的通用化，可以将数控机床中更换刀头的理念迁移过来，在机器人本体与夹具连接部位设计为通过接口，形成标准化模块设计，将机器人本体进行多种接口设计，从而形成通用接口。在流动生产线作业中，根据夹持安装零件的需求，可将对应的夹具与机器人本体中对应的接口进行快速连接。这种设计方式，既能够缩短更换夹具的时间，又能够提高机器人的工作效率，更加有利于流动生产线的高效作业。

2.3 在机器人中应用传感技术和视觉识别技术

汽車总装车间的装配技术较为复杂，即使是对于同一零件而言也可能会涉及多种不同的工艺技术，所以对装配技术有较高的要求。在早期的机器人作业中，一般都是按照设定的程序进行作业，或者按照示教的轨迹来作业，基本都是简单的重复性动作。随着机器人技术的不断优化，在与传感器技术相结合的情况下，能够获取角度、位移、速度、加速度、力和力矩等信息，然后将这些状态信息转变为相应的数据传递到控制中心，经过计算和分析后再向机器人发布相应的指令。机器人在具备一定的感知能力后，就可以根据感知的信息对生产状态进行分析，然后根据偏差来调整自身动作，实现机器人动作过程的闭环控制。现阶段，工业机器人可以利用视觉识别技术进行信息感知，只需要在机器人上安装二维或者三维摄像头，就可以对流动生产线上的装配产品进行照片拍摄，然后将照片与设计的标准值进行比对，既能够获取偏差信息，然后对机器人的动作进行调整，修正偏差，从而提高装配精度。

3  结语

在汽车总装生产中，需要将众多零部件按照规定要求进行装配，并且对装配精度有较高的要求。一旦在总装环节出现质量问题，即使所有零部件的质量都合格，最终也无法满足总装的质量验收。在我国对产业结构进行转型升级的背景下，应该加强工业机器人在汽车总装车间的应用，为推动汽车总装车间的自动化、智能化生产提供基础保障。机器人在汽车总装车间应用的初始阶段会面临很多问题，比如定位精度不准、夹具接口通用性不强、机器人感知性能不佳等。但是随着技术的不断改进，机器人在深度学习和模糊判断算法等人工智能技术的支持下，在汽车总装车间中的技术应用越来越成熟，也能够更加灵活的应对更为复杂的生产状况，为促进工业机器人在汽车总装车间应用技术的提升创造有利的条件。

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