未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景

隨著外部要素變化，無(wú)論是全球還是中國(guó)，近10年工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展速度有些讓人吃驚。在全球范圍內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人每年保持15%至20%的增長(zhǎng)率。而在中國(guó)，根據(jù)ABB的數(shù)據(jù)，2017年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)增長(zhǎng)率超過(guò)50%。

從產(chǎn)品和技術(shù)來(lái)看，自上世紀(jì)70年代以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)變化并不大，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人用于完成重復(fù)性、簡(jiǎn)單枯燥的，甚至危險(xiǎn)的工作。目前工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在有產(chǎn)能、產(chǎn)量需求的規(guī)模化生產(chǎn)中，比如汽車(chē)、電子、食品飲料等行業(yè)。

自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

由于汽車(chē)工業(yè)規(guī)模效應(yīng)明顯，汽車(chē)行業(yè)一直是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。從去年開(kāi)始，由于中國(guó)市場(chǎng)需求的增加，電子行業(yè)變成了工業(yè)機(jī)器人的用戶(hù)。同時(shí)，機(jī)器人也應(yīng)用于食品飲料、金屬制品和塑料制品等傳統(tǒng)行業(yè)。

應(yīng)用方面，未來(lái)物流和零售行業(yè)由于對(duì)人力的需求高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展快，將成為機(jī)器人新的應(yīng)用領(lǐng)域。無(wú)論是倉(cāng)庫(kù)還是物流行業(yè)本身所需要的分揀工作；無(wú)論是上貨、補(bǔ)貨還是零售貨架管理，都是適合機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。因此物流和零售行業(yè)將是下一個(gè)發(fā)展的新興行業(yè)，也是機(jī)器人從工業(yè)向服務(wù)行業(yè)滲透的開(kāi)始。

由于老齡化和不斷提升的人工成本，在歐洲，對(duì)于機(jī)器人的需求從大型工廠逐步向中小型工廠甚至小作坊企業(yè)滲透。對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)特點(diǎn)是小批次多品種，生產(chǎn)過(guò)程要不停的切換，使用傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人將耗費(fèi)過(guò)多的切換時(shí)間。因此，中小企業(yè)需要小型靈活的產(chǎn)品，機(jī)器人的易用性是關(guān)鍵。

如果和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展類(lèi)比，目前工業(yè)機(jī)器人還處于“巨型機(jī)”階段，機(jī)器人的“個(gè)人電腦”時(shí)代還沒(méi)有到來(lái)?；仡櫽?jì)算機(jī)從發(fā)明到普及的歷史，價(jià)格降低、體積減小、應(yīng)用易于操作并且用戶(hù)友好的圖形界面，是最終使計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室走入千家萬(wàn)戶(hù)的三個(gè)重要因素。

類(lèi)似的，成本、人機(jī)協(xié)作安全性、易用性是機(jī)器人從工業(yè)滲透到其他領(lǐng)域的限制因素。在機(jī)器人從工業(yè)向消費(fèi)領(lǐng)域滲透的過(guò)程中，人機(jī)交互是制約機(jī)器人發(fā)展的因素之一。

無(wú)論是從工業(yè)還是其他場(chǎng)景，機(jī)器如何與人更好的交互？在工作和生產(chǎn)過(guò)程中更好的協(xié)助人去完成工作？人工智能為解決這些問(wèn)題帶來(lái)可能性。在人機(jī)交互的可靠性方面，技術(shù)上目前還有待突破。

在工業(yè)機(jī)器人方面，現(xiàn)在工廠里的機(jī)器人能夠分毫不差的執(zhí)行指令而不犯錯(cuò)，是因?yàn)楣こ袒脑O(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，需要通過(guò)指令在生產(chǎn)線(xiàn)上操作。而未來(lái)的理想狀況是，機(jī)器人能夠像學(xué)徒工一樣，通過(guò)更自然的方式與人交互，能夠在人的指導(dǎo)下從學(xué)徒工變成熟練工。

接下來(lái)說(shuō)說(shuō)機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的構(gòu)成！

典型的機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)包含以下部分：機(jī)器人、電控系統(tǒng)、拆垛裝置、過(guò)渡皮帶、板料清洗機(jī)、板料涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、線(xiàn)尾碼垛系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)及機(jī)器人端拾器。具體布置方式可以根據(jù)生產(chǎn)車(chē)間的面積進(jìn)行調(diào)整，如拆垛車(chē)的開(kāi)出方式既可以與沖壓線(xiàn)平行也可以與沖壓線(xiàn)垂直。

1. 沖壓機(jī)器人

沖壓生產(chǎn)用機(jī)器人除了要求負(fù)載大、運(yùn)行軌跡jing確及性能穩(wěn)定可靠等搬運(yùn)機(jī)器人所共有的特性，還要滿(mǎn)足頻繁起/制動(dòng)、作業(yè)范圍大、工件尺寸及回轉(zhuǎn)面積大等特點(diǎn)。各個(gè)廠家的沖壓機(jī)器人都在普通搬運(yùn)機(jī)器人的基礎(chǔ)上加大了電動(dòng)機(jī)功率及減速機(jī)規(guī)格，加長(zhǎng)了手臂，并廣泛采用棚架式安裝結(jié)構(gòu)。

2. 機(jī)器人沖壓自動(dòng)化線(xiàn)控制系統(tǒng)

機(jī)器人沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)需要集成壓力機(jī)、機(jī)器人、拆垛機(jī)、清洗機(jī)、涂油機(jī)、對(duì)中臺(tái)、雙料檢測(cè)裝置、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、各種皮帶、同步控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)及大屏幕顯示，并具有無(wú)縫集成進(jìn)工廠MES系統(tǒng)的能力。為了把如此多的智能控制系統(tǒng)有效集成，一般采用以太網(wǎng)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)可能同時(shí)搭載安全總線(xiàn)。

3. 拆垛系統(tǒng)

目前常見(jiàn)的拆垛系統(tǒng)有三種，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展史信賴(lài)23年老品牌，分別是專(zhuān)用拆垛機(jī)/機(jī)器人+拆垛小車(chē)/桁架式機(jī)械手+拆垛小車(chē)。

（1）專(zhuān)用拆垛機(jī)

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是垛料放置在可移動(dòng)液壓升降臺(tái)車(chē)上；垛料高度依靠與光電傳感器與液壓系統(tǒng)控制，保持恒定；磁力分張器依靠氣動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)貼近垛料；采用氣缸驅(qū)動(dòng)、矩陣布置的真空吸盤(pán)組進(jìn)行拆垛，真空吸盤(pán)組垂直運(yùn)動(dòng)；拆成單張的板料采用磁性皮帶傳輸。

（2）機(jī)器人+拆垛小車(chē)

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是垛料放置在可移動(dòng)的拆垛小車(chē)上；垛料高度不控制，拆垛時(shí)依靠計(jì)算的板料厚度自動(dòng)調(diào)整機(jī)器人吸料高度；磁力分張器支架安裝在拆垛小車(chē)上，支架可平移并具有多個(gè)可自由旋轉(zhuǎn)的調(diào)整關(guān)節(jié)，更換垛料時(shí)人工將磁力分張器靠在垛料周邊；拆垛用真空吸盤(pán)組及雙料檢測(cè)傳感器安裝在機(jī)器人端拾器上；拆成單張的板料由機(jī)器人放置在可伸縮過(guò)渡皮帶上進(jìn)行傳輸。

（3）桁架式機(jī)械手+拆垛小車(chē)

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是垛料放置在可移動(dòng)的拆垛小車(chē)上；垛料高度不控制，拆垛時(shí)依靠計(jì)算的板料厚度自動(dòng)調(diào)整機(jī)械手吸料高度；磁力分張器支架安裝在拆垛小車(chē)上，支架可平移并具有多個(gè)可自由旋轉(zhuǎn)的調(diào)整關(guān)節(jié)，更換垛料時(shí)人工將磁力分張器靠在垛料周邊；拆垛用真空吸盤(pán)組及雙料檢測(cè)傳感器安裝在桁架式機(jī)械手端拾器上；拆成單張的板料由機(jī)械手放置在可伸縮過(guò)渡皮帶上進(jìn)行傳輸。

（4）可伸縮皮帶機(jī)

可伸縮皮帶機(jī)用于拆垛完成后單張板料的傳輸，它可以為板料提供穿過(guò)清洗機(jī)所需的移動(dòng)速度。皮帶機(jī)的速度一般為變頻控制，以保證與后續(xù)清洗機(jī)、涂油機(jī)的同步。皮帶長(zhǎng)度可調(diào)整，以填補(bǔ)不進(jìn)行板料清洗、清洗機(jī)離線(xiàn)時(shí)的空間。　

（5）板料清洗機(jī)

可伸縮皮帶機(jī)用于拆垛完成后單張板料的傳輸，它可以為板料提供穿過(guò)清洗機(jī)所需的移動(dòng)速度。皮帶機(jī)的速度一般為變頻控制，以保證與后續(xù)清洗機(jī)、涂油機(jī)的同步。皮帶長(zhǎng)度可調(diào)整，以填補(bǔ)不進(jìn)行板料清洗、清洗機(jī)離線(xiàn)時(shí)的空間。

隨著客戶(hù)對(duì)汽車(chē)表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，在沖壓成形前對(duì)覆蓋件板料進(jìn)行清洗已經(jīng)成為汽車(chē)廠的標(biāo)準(zhǔn)工藝。根據(jù)產(chǎn)量大小，板料清洗可以分為在線(xiàn)清洗和離線(xiàn)清洗兩種工藝：離線(xiàn)清洗適用于投產(chǎn)初期，單車(chē)型產(chǎn)量較低的企業(yè)，一條板料清洗線(xiàn)可以供應(yīng)2～3條沖壓線(xiàn)，離線(xiàn)清洗機(jī)的規(guī)格一般寬度為2m；在線(xiàn)清洗適用于批量較大的企業(yè)，為適應(yīng)轎車(chē)整體側(cè)圍的尺寸，在線(xiàn)清洗機(jī)的規(guī)格一般寬度為。

自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

清洗機(jī)由引料輥、毛刷輥及擠干輥組合的輥系，動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓調(diào)整機(jī)構(gòu)，清洗過(guò)濾系統(tǒng)，集束噴管組件，油霧收集器，潤(rùn)滑系統(tǒng)，行走機(jī)構(gòu)，以及電氣控制系統(tǒng)等組成。主要用于標(biāo)準(zhǔn)板材、未涂層、鍍鋅板以及鋁板等板料、卷料的清洗。清洗機(jī)具有自行走機(jī)構(gòu)，在不需要清洗工序時(shí)，整機(jī)可沿地面軌道開(kāi)出。

引料輥、毛刷輥、擠干輥各自具有獨(dú)立的壓力調(diào)整與變頻驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整壓力與速度，可以保證磨損、維修后的輥系與生產(chǎn)線(xiàn)保持同步。擠干輥采用無(wú)紡布層壓布輥，以提供良好的擠干和張緊性能，并具有防擦傷和自愈功能。清洗油箱具有加熱系統(tǒng)，可以使清洗介質(zhì)在不同環(huán)境溫度下使用并達(dá)到涂油效果。電氣系統(tǒng)采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信功能的PLC控制，通過(guò)觸摸屏人機(jī)界面可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、故障診斷。

（6） 板料涂油機(jī)

為了保證板料在較高速度下拉延成形時(shí)的質(zhì)量，在沖壓成形前對(duì)板料進(jìn)行局部涂抹拉延油是汽車(chē)廠常用的工藝手段，適用于自動(dòng)化沖壓線(xiàn)的涂油機(jī)。

涂油機(jī)主要用于板材拉延前的涂油工序，由噴槍單元、供油及油液保溫單元、**供氣單元、板料輸送單元、油霧收集單元、電氣控制單元及機(jī)身等組成。涂油機(jī)具有行走機(jī)構(gòu)，在不需要涂油時(shí)可以移動(dòng)離線(xiàn)。噴嘴采用數(shù)字化控制，保證板料上油膜位置的準(zhǔn)確和油膜厚度的均勻。不管環(huán)境溫度如何變化，供油及油液保溫單元均處于等待**狀態(tài)，油液溫度恒定，保證**效果。

（7）板料對(duì)中臺(tái)

為了保證板料被準(zhǔn)確地放置在模具內(nèi)，在機(jī)器人拾取板料前需要對(duì)板料進(jìn)行對(duì)中。常用的對(duì)中臺(tái)有重力對(duì)中臺(tái)、機(jī)械對(duì)中臺(tái)及光學(xué)對(duì)中臺(tái)三種。

重力對(duì)中臺(tái)板料在裝滿(mǎn)滾珠的斜面上依靠重力自由滑向一角進(jìn)行定位，臺(tái)上具有板料到位檢測(cè)及雙料檢測(cè)。重力對(duì)中臺(tái)適用于機(jī)器人直接放置板料，不適用于具有清洗機(jī)、涂油機(jī)的自動(dòng)線(xiàn)。

機(jī)械對(duì)中臺(tái)

板料依靠磁性皮袋移動(dòng)至擋塊，再由另外三側(cè)的氣缸驅(qū)動(dòng)打料器向中心推，從而實(shí)現(xiàn)jing確定位。所有打料器的位置可示教編程，對(duì)中臺(tái)具有板料到位檢測(cè)及雙料檢測(cè)。機(jī)械對(duì)中臺(tái)能夠滿(mǎn)足各種異性料的高速對(duì)中。另外，可采用雙中心設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足同時(shí)處理一模兩件或雙模雙件的要求。臺(tái)上具有板料到位檢測(cè)及雙料檢測(cè)。

光學(xué)對(duì)中臺(tái)

這是最近幾年發(fā)展的技術(shù)，其原理是利用拍照獲得的板料位置圖像經(jīng)視頻處理軟件后自動(dòng)調(diào)整機(jī)器人的軌跡，從而既滿(mǎn)足最終將板料jing確置入模具內(nèi)的要求，又避免了機(jī)械對(duì)中臺(tái)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)。光學(xué)對(duì)中臺(tái)本質(zhì)上是一個(gè)具有板料到位檢測(cè)及雙料檢測(cè)的磁性皮帶機(jī)，相比機(jī)械對(duì)中臺(tái)，光學(xué)對(duì)中臺(tái)能夠顯著降低成本。

4、機(jī)器人七軸與端拾器

標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人用于沖壓生產(chǎn)能夠達(dá)到8件/min的生產(chǎn)節(jié)拍，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，近年來(lái)機(jī)器人制造廠家與系統(tǒng)集成商紛紛研發(fā)附加七軸。采用七軸后，機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)節(jié)拍可以進(jìn)一步提高到12件/min，使得機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線(xiàn)的生產(chǎn)率能夠與昂貴的專(zhuān)用機(jī)械手高速線(xiàn)一較高下。

5、線(xiàn)尾碼垛系統(tǒng)

自動(dòng)化沖壓線(xiàn)的生產(chǎn)節(jié)拍能夠超過(guò)10件/min，這時(shí)線(xiàn)尾碼垛工位的負(fù)荷就超過(guò)勞動(dòng)極限，為了適應(yīng)這種高節(jié)奏的產(chǎn)出，需要先對(duì)沖壓件成品進(jìn)行分流，然后由人工或機(jī)器人將其碼入料架，最后由鏟車(chē)將料架運(yùn)走。

采用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動(dòng)線(xiàn)能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 那么自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是如何工作的呢？它的工作原理又是什么？

自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是指由自動(dòng)化機(jī)器體系實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝過(guò)程的一種生產(chǎn)組織形式。它是在連續(xù)流水線(xiàn)的進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的。其特點(diǎn)是：加工對(duì)象自動(dòng)地由一臺(tái)機(jī)床傳送到另一臺(tái)機(jī)床，并由機(jī)床自動(dòng)地進(jìn)行加工、裝卸、檢驗(yàn)等；工人的任務(wù)僅是調(diào)整、監(jiān)督和管理自動(dòng)線(xiàn)，不參加直接操作;所有的機(jī)器設(shè)備都按統(tǒng)一的節(jié)拍運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過(guò)程是高度連續(xù)的。

自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)原理與自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線(xiàn)、手工生產(chǎn)流水線(xiàn)是非常相似的，只不過(guò)在手工生產(chǎn)流水線(xiàn)上的操作者是工人。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)主要從事產(chǎn)品制造后期的各種裝配、檢測(cè)、標(biāo)示、包裝等工序，操作的對(duì)象包括多個(gè)各種各樣的零件、部件，最后完成的是成品或半成品，主要應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟、市場(chǎng)需求量巨大、需要多種裝配工序長(zhǎng)期生產(chǎn)的產(chǎn)品制造場(chǎng)合。其優(yōu)越性為產(chǎn)品性能及質(zhì)量穩(wěn)定、所需人工少、效率高、單價(jià)產(chǎn)品的制造成本大幅降低、占用場(chǎng)地最少等。 自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)由下面的兩大系統(tǒng)組成。

自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

1、傳送系統(tǒng)

自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的工件傳送系統(tǒng)一般包括機(jī)床上下料裝置、傳送裝置和儲(chǔ)料裝置。在旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線(xiàn)中，傳送裝置包括重力輸送式或強(qiáng)制輸送式的斜槽或料道，提升、轉(zhuǎn)位和分配裝置等。

2、控制系統(tǒng)

自動(dòng)線(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)主要用于保證線(xiàn)內(nèi)的機(jī)床、工件傳送系統(tǒng)，以及輔助設(shè)備按規(guī)定的工作循環(huán)和連鎖要求正常工作。并并設(shè)有故障尋檢裝置和信號(hào)裝置。為適應(yīng)自動(dòng)線(xiàn)的調(diào)試和正常運(yùn)行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整、半自動(dòng)和自動(dòng)。在調(diào)整狀態(tài)時(shí)可手動(dòng)操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備的各個(gè)動(dòng)作；在半自動(dòng)狀態(tài)時(shí)可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備的單循環(huán)工作；在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)線(xiàn)能連續(xù)工作。

公司全稱(chēng)：鄭州科慧科技股份有限公司成立時(shí)間：1996年新三板掛牌企業(yè)，擁有28項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利，6項(xiàng)軟件著作權(quán)國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、智能焊接自動(dòng)化河南省工程實(shí)驗(yàn)室依托單位、河南省博士后研發(fā)基地、OTC焊接機(jī)器人河南技術(shù)中心、河南省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)單位、鄭州市智能焊接自動(dòng)化裝備工程技術(shù)研究中心、鄭州市智能焊接裝備工程研究中心。業(yè)務(wù)領(lǐng)域：智能制造整體解決方案。以智能焊接及工藝為切入點(diǎn)，整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，為客戶(hù)提供數(shù)字化、智能化工廠整體解決方案。