盘点：智能制造中六大类工业机器人
作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，占整个机器人市场的61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和电子电气行业分别占7%，食品工业占2%，其他工业占15%。
然而关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，但其中的焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人、码垛机器人、切割机器人却是重中之重。
1、焊接机器人
焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。
焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。
2、喷涂机器人
喷涂机器人又叫喷漆机器人（spraypaintingrobot），是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。
喷涂机器人的主要优点：
（1）柔性大。工作范围大大。
（2）提高喷涂质量和材料使用率。
（3）易于操作和维护。可离线编程，大大的缩短现场调试时间。
（4）设备利用率高。喷涂机器人的利用率可达90%-95%。
为了追求喷涂过程更大的灵活性和更高的效率，从20世纪90年代起汽车工业开始引入机器人来代替喷涂机械，同时开始使用机器人进行内表面的自动喷涂。与传统的机械喷涂相比，采用机器人喷涂有2个突出的优点：可以减少大约30%～40%的喷枪数量；提高了喷枪运动的速度。
为了适应高速喷涂，在内表面喷涂和第2层金属漆喷涂时都要采用高速旋转喷枪。现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。机器人的作用是控制喷枪，使之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离（一般为200mm）。为了实现这一任务，工程师采用专门的软件对喷涂对象的三维模型进行处理，确定喷枪的移动路径和相应的喷涂参数。然后将这些数据传输给机器人控制器，在整个喷涂过程中控制机器人的动作。一般来说，只有在比较复杂的和要求非常精确的喷涂过程才需要这样的处理。在环保意识日益增强的今天，人们称环保效果好的涂装厂为“绿色工厂”，技术陈旧的涂装厂为“褐色工厂”。无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂，建立机器人全自动喷涂生产线都是十分必要的。在新建工厂时，合理使用资金是最重要的原则，因此降低喷涂生产线的投入是非常关键的一个环节。而对于那些需要改造的工厂来说，如何将机器人合理引入到现有的涂装生产线，以及由此而产生的费用则是关键性的问题。.
新一代涂装机器人的设计贯彻了模块化结构的原则，机器人可以配备不同的连接装置，这样既能够以固定方式工作也可以安装在轨道上工作。轨道可以固定在喷涂室侧壁上，也可以固定在靠近天花板的位置。如果把喷涂机器人的雾化喷枪改成操作夹具，就成为操作开门的机器人了，因为2种机器人的驱动系统是一样的。机器人工作臂的运动方式可以选择装配成两轴或三轴的。双轴的机器人配合高速旋转的喷枪，以旋转对称的运动方式工作，这样能减少一个驱动轴，减轻重量、简化设计。机器人的喷涂工作主要有3种模式：
第一种是动/静模式，在这种模式下，喷涂物先被传送到喷涂室中，在喷涂过程中保持静止。
另外一种是流动模式，在这种模式下，喷涂物匀速通过喷涂室。在动/静模式时机器人可以移动，在流动模式时机器人是固定不动的。
第三种模式是跟踪模式，在这种模式下，喷涂物匀速通过喷涂室，机械手不只跟踪喷涂物，而且要根据喷涂面而改变方向和角度。在外表面喷涂过程中，机器人安置在可升降的轨道上，能够自由接近喷涂体的表面，因此可以缩小操作空间，降低运营费用。在旧工厂的改造中，如果以这种方式用机器人取代旧机械，就可以保持原有的喷涂室不变。这样既能降低改造成本，又能缩短工期。在内表面喷涂室中，不同机器人的轨道可以上下平行安装。用于打开引擎盖和后备箱盖的操作机器人安置在较高的轨道上，这样就能“跨越”安置在下方轨道上的喷涂机器人而工作。这种方案可以使喷涂室缩短1～2m，既能减少建设投资，又能降低运营成本。机器人的电源、控制器和安全系统都安装在喷涂室外的控制箱内。由于控制箱也采用模块化的设计，因此能很方便地针对客户实际的涂装流程进行优化的配置。在杜尔公司生产的先进的涂装系统中，采用了多运动柔性控制技术，将机器人的控制和喷涂流程的控制集成在一起进行处理，不需要再设置喷涂流程的控制了。
3、搬运机器人
搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国，Versatran和Unimate两种机器人首次用于搬运作业。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。
搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，传感器技术，单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。
4、装配机器人
装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成。其中操作机的结构类型有水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等；控制器一般采用多CPU或多级计算机系统，实现运动控制和运动编程；末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等；传感系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。
美国Unimation公司1977年研制的PUMA是一种计算机控制的多关节装配机器人。一般有5或6个自由度,即腰、肩、肘的回转以及手腕的弯曲、旋转和扭转等功能。其控制系统由微型计算机、伺服系统、输入输出系统和外部设备组成。采用VALⅡ作为编程语言,例如语句“APPROPART，50”表示手部运动到PART上方50mm处。PART的位置可以键入也可示教。VAL具有连续轨迹运动和矩阵变换的功能。
装配机器人主要用于各种电器制造（包括家用电器，如电视机、录音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器）、小型电机、汽车及其部件、计算机、玩具、机电产品及其组件的装配等方面。
5、码垛机器人
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。
有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。
码垛机器人特点
1、结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库存零部件少。
2、占地面积少。有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。码垛机器人可以设置在狭窄的空间，即可有效的使用。
3、适用性强。当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产。而机械式的码垛机更改相当的麻烦甚至上是无法实现的。
4、能耗低。通常机械式的码垛机的功率在26KW左右，而码垛机器人的功率为5KW左右。大大降低了客户的运行成本。
5、全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常简单。
6、只需定位抓起点和摆放点，教示方法简单易懂。
6、切割机器人
切割机器人，切割能力与传统数控切割机持平，而且通过图形加工显示、人机对话实现了完全数控，大大改变了过去人工或半数字控制的操作过程，使操作更为精细，切割质量大大高于传统技术；同时机器自身重量轻，只要两个人就能抬起来在厂房里移动，不需要固定的安装场地，不需要固定的运行区域，自动套料、节省板材，投入批量生产后其价格远远低于传统产品，而且收效周期短。
随着人力成本的不断上升，工业机器人作为一种新型劳动力，正悄然改变着制造业的用工范式。机器人与自动化技术在未来将“主宰”世界，而这一现实正加速到来。目前的以人为主的生产模式，将慢慢被以机器人为主导的模式所取代，后者以高劳动率和低成本优势正越来越受到工业企业的关注。
责任编辑：David
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