机器人协作应用带来的变革

作者：东风汽车有限公司科技情报所 冯刚琼

欢迎访问e展厅 展厅 1 工业机器人展厅 大负载机器人, 直角坐标机器人, 机械手, ... 随着价格越来越便宜而功能越来越强大，机器人已被广泛地应用于汽车制造的各个方面，而且机器人有能力完成更多高难度的工作任务。不仅如此，机器人还可以相互协作，这使其有可能承担以前必须采用手工或特别设计的辅助工具才能完成的复杂工作。 虽然在目前的汽车行业，焊接仍然是机器人的主要应用领域，但是各汽车公司正利用飞速发展的计算机技术不断地扩展机器人的适用范围。一方面，成本的下降使得各汽车公司有能力将更多的机器人运用于生产；另一方面，日益强大的计算功能使机器人能够执行以前甚至连编程设备都无法完成的、特别复杂的工作任务。这些改变无疑将有助于改善汽车制造质量，控制成本。 机器人的协作应用 今天，自动化产品的控制功能日渐强大，再加上编程技术的简化，使得现在将机器人连接起来比过去要简单得多。机器人的协作应用改变了汽车制造的方式，它是汽车制造技术发展的又一个明显的标志。现在，机器人可以在完成某个零件上的某项工作后，然后将其传送给下一个机器人。 随着自动化技术的发展，只用一个控制器来控制一个以上的机械手已变得非常简单。这使得在很多领域采用机器人来替代以前必需的特殊工具或人工成为可能。控制器能操纵的机械手和运动轴越多，机械手相互碰撞或发生其他问题的机会就越小。例如ABB最新推出的IRC5控制器通过全新MultiMove功能，能够由一台控制器控制多达4台机器人和总计36个轴，从而可以很容易实现复杂的协调运行。 在运行过程中，一个机器人拿起一个零件，握着它让另一个机器人完成一项给定的任务。对于较复杂的任务，两个或几个机器人一起握住这些零件，与此同时，其他的机器人执行上紧螺栓或将它们焊接在一起的工作任务……总之，在机器人的相互配合下，可以很容易地确定零件的精确位置并高效率地完成预定的工作任务。 取消夹具系统 让好几个机器人共同完成一项任务，这种协作能力给汽车制造厂家提供了巨大的应用空间。过去，零件必须精确定位——用夹具将零件夹到机器人所要求的准确位置。制造这些夹具是一项费时费力的高标准、高要求的工作，因为这些夹具不仅要保证动作的准确度，而且如果所持零件为重型或大型零件，还要保证零件在焊接、油漆或进行其他操作时纹丝不动。而如果采用机器人来完成，控制起来则要简单得多。 在价格下降而计算能力提高的双重因素的影响下，机器视觉系统在汽车制造领域的使用机会大大增加，而这一系统的使用也有助于取消夹具系统，因为视觉系统可以很容易确定零件所应该放置的精确位置，也可以省去大量的制造、调试那些复杂夹具系统的资金。 取消耗时的夹具系统后的生产制造正好迎合了汽车制造业“准时化”和“精益生产”的发展趋势。汽车生产厂家都在努力使自己在快速应对市场的同时保持较高的制造可靠性，而机器人正好满足了汽车厂家在制造方面的这种需求。 由于产品生命周期的缩短，制造厂家必须具有灵活敏捷的反应机制——这是他们越来越多地使用可编程设备代替单一夹具的主要原因。这种方法使得在生产线上的产品转换更简便，这样，工厂能根据最新的销售趋势来计划每种车型的产量，甚至可将最小的批量设定为1辆。 专用机器人 一些可用于完成特定任务的专用机器人的出现为汽车制造提供了更先进的工具。例如，在机器人应用最广泛的焊接领域，开发人员根据专用机器人的技术特点提出了焊接的新方法，并设计了一些专门用于弧焊或点焊的机器人，这些专用机器人不同于通用型机器人，它可以更准确地保证焊接质量。 新型专用机器人的一个特点是其电缆被集成到机械手内部。与设于外部的电缆相比，内置电缆被磨损和老化的几率减少了，这样可降低长期成本，这也是机器人更广泛地被采用的原因，因为今天的汽车制造商们更趋向于关注产品生命周期成本，而不只是初期成本投入。取消外部电缆还可使机器人工作起来靠得更近，因为机械手缠住另一个机械手悬吊着的电缆的机会大大减少了。 程序控制能力是关键 改变机器人的动作使它们能适用于另一种新车型的生产，或可从独立工作状态转换到协作工作状态，这就要求重新编程。前几年，编制一套机器人的动作程序是一项相当复杂的任务，因为当时大多数机器人使用的是一种专用的程序语言，编程人员必须既懂计算机程序语言，又精通加工技术，而这类人才实在是非常缺乏，因此，需要解决的关键问题是如何使机器人运行更简便，而当工作要求改变时又更容易重新编程。现在，这一问题正由不同的方法得到解决，而且已经取得了一些成功经验。比如通用汽车公司，他们现在已不再需要计算机专家来编制程序了，因为他们的许多工作已经程式化，编程步骤也已经有了固定的模式，编程工作变得非常容易。 一些公司甚至开始采用World Wide Web来简化机器人的设定。FANUC机器人技术公司将因特网技术引入制造平台，他们在机器人控制器上设有浏览器。当机器人连接到网络上时，操作者能够在网页上寻找诊断信息，检查时间数据，或使用电子邮件与技术人员联系。 另一种简化编程的途径是提供一个隐藏专业语言的界面，这样可使更多专业领域的操作者和技术人员都可以对系统进行编程。 现在，PLC仍被许多工厂大量采用，但一般情况下，PLC几乎不具备复杂机器人所需要的编程能力。为了弥补PLC的这一缺憾，一些机器人制造商正在对PLC进行进一步的研究开发，例如Adept 技术公司与Rockwell合作，开发了完全由PLC驱动的机器人，从而开创了汽车制造的一些应用新领域。成本更低的PLC可编程机器人给制造工程师们提供了更多的机会去改变程序、变更操作。 机器人控制程序的另一个革命性的变化是越来越多的伺服电机的使用，这为机器人完成高难度的精密加工提供了技术保障。例如在涂装工序中，工艺要求两种成分的合成油漆必须非常精确地混合。采用伺服技术，机器人制造商便可以更精确地控制涂装机器人混合泵的运行了。 未来机器人的用武之地 尽管在汽车制造业高度发达的今天，汽车装配仍然包含着大量的必须由人工完成的任务，因为目前这些工作不能简单地用计算机编程语言中的黑白条形码来描绘。例如，装配一台变速器通常要求盲配（blind mating），即将主轴与齿槽连接，以达到啮合的目的。操作者一般通过触摸进行试装，不停地摆动零件直至他们“感觉”良好为止。显然，这样的操作伴随着较多的人为因素，不能保证装配的准确性，因此，汽车公司都渴望采用自动化程序来消除装配线上人为因素的干扰，提高装配质量——这也正是机器人未来的用武之地。 机器人上安装的微型摄像机能进入到人眼看不到的区域，并提前给机器人提供影像信息，帮助机器人决定用哪一种方法来移动零件，最终获得满意的装配结果，这就是未来的机器人，它们将在各种先进技术的辅助下，利用其日益强大的功能在高精密的装配世界发挥比今天大得多的作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/27/2005)