工業機器人在汽車總裝車間應用中的優化措施

蔡麗娟 史玉紅 蔡佳麗

摘要：隨著科學技術的快速發展，我國工業機器人的研發技術不斷提升，在各個領域得到了廣泛的應用。汽車總裝是汽車制造的最后環節，不僅需要大量的勞動力，而且占用場地較大，耗費時間長，所以總裝生產效率直接關系到汽車生產企業的經濟效益。工業機器人在汽車總裝車間的應用，雖然提高了生產效率和質量，但是還存在一些技術問題需要解決。文章首先闡述了工業機器人在汽車總裝車間中應用的難點，然后有針對性的提出了改進措施，這對于處于產業轉型升級期的汽車總裝車間而言具有重要意義。

關鍵詞：工業機器人;汽車總裝;定位;通用性;傳感

中圖分類號：U468? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0032-02

0? 引言

工業機器人作為先進工業制造裝備的代表，對于促進工業生產的自動化、智能化和數字化發展具有重要意義，所以工業機器人的技術水平直接關系到工業生產能力的高低。工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，既能夠按照預先編排的程序自動執行工作，又能夠接受人類的指揮進行作業。汽車總裝作為汽車制造的最后一個環節，需要按照設計要求將所有零部件按規定進行裝配。因為汽車零部件的數量和種類較多，所以需要耗費大量的勞動力。在車型數量增加以及多車型混線生產的情況下，對人力成本、生產交貨期以及技術水平都產生了較大的壓力，所以對先進裝配技術和自動化設備有較高的需求度。在產業轉型升級的背景下，工業機器人在汽車總裝車間的應用程度相對較低，所以還有較大的發展空間。工業機器人在汽車總裝車間的應用，有效的提升了生產效率和質量，但是在實際應用過程中，還存在各種各樣的問題需要解決。通過對工業機器人在汽車總裝車間中遇到的問題進行分析，然后有針對性的對工業機器人技術、總裝車間生產布局等方面進行改進和優化，進一步提升工業機器人在汽車總裝車間的應用成效。

1? 工業機器人在汽車總裝車間應用的難點

沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大車間是汽車制造中的主要環節，工業機器人在各個環節都有不同程度的應用。在沖壓、焊裝、涂裝階段，因為作業對象相對比較固定，只需要對汽車中的某一部分進行加工生產，所以工業機器人的應用程度較高，集中程度和通用程度相對都更高，故生產效率和質量都較強。但是在汽車總裝車間中，需要將數以千計的零部件按照一定的技術要求組裝成整車，工藝過程較為復雜，工序繁瑣，使用工具數量多，技術要求多，所以工業機器人的應用程度相對較低。為了能夠更加廣泛的推動工業機器人在汽車總裝車間的應用程度，就需要對實際生產中存在的難點進行分析，為技術和工藝的改進提供有力的依據。

1.1 裝配形式導致定位困難

汽車產品所采用的裝配組織形式具體要根據產品產量和結構等要求來確定，裝配形式具體包括固定式裝配和流水裝配，固定式裝配形式主要是在固定的裝配工作臺或是在工作地的固定支撐架上進行基礎件安裝。流水裝配則需要借助于具體的輸送裝置，按照一定的生產時間要求進行流動生產作業。一些規模較大的生產車間，一般會采用流水裝配方式。在具體裝配作業過程中，裝配對象需要根據時間流動，輸送鏈還會存在左右擺動或是前后竄動的情況，位置不斷變化，這種情況下，機器人與裝配對象之前很難建立相對穩定的位置，作業難度較大，如圖1。

1.2 零件多樣導致夾具接口通用性差

由于總裝車站承擔著數量龐大的零部件安裝任務，每個零部件形狀各異，安裝時需要為機器人配備專用夾具來對零件進行夾持，這樣一臺機器人則無法實現多種零件的安裝。再加之零部件材質存在較大的差異，針對于剛性零部件和柔性零部件，機器人在抓取和安裝過程中都存在較大的差異性，這就導致機器人安裝作業過程中無法實現通用化。

1.3 裝配復雜降低機器人工作效率

在總裝車間零件安裝作業過程中，在車身上裝配時連接方式具有多樣性，安裝時人員裝配動作各異，而且各零部件裝配無法通過一個動作實現，往往是多種操作動作的組合，這對機器人動作模擬帶來較大的難度。不同裝配連接方式下安裝技術要求也各異，裝配過程中品質要求也不同，這就需要在實際裝配過程中要綜合進行判斷，部分安裝作業時需要由人手感覺對安裝力度模糊判斷，每一次裝配操作都不能完全相同，這種綜合判斷和模糊判斷會對機器人工作帶來較大的挑戰。

2? 工業機器人在汽車總裝車間應用的改進措施

工業機器人在工業生產中的應用，是推動產業轉型升級的重要手段。近些年來，我國汽車生產企業得到了快速發展，在汽車性能和結構設計等方面都有了不同程度的提升。而汽車設計水平的提升，勢必會導致零部件種類的增加，并且車身結構也發生了相應變化，由此為汽車總裝車間增加了生產難度。車型的增加需求更改生產布局和生產工藝，加之多車型混線生產又進一步增加了生產難度。為了滿足汽車總裝車間的生產需求，提高工業機器人的應用程度，應該在定位精度、夾具接口通用化以及感知技術等方面進行改進，切實提升汽車總裝車間生產效率。

2.1 改進生產線上裝配車的定位精度

高精度的定位是提高機器人裝配精度的重要基礎，對于流動生產線上裝配車體定位困難的問題，可以將生產線劃分為快進區、車位靜止區和快出區，以實現在連續流動生產線中形成靜止作業區，以提高裝配車體定位的精度，如圖2。由于流動生產線中的輸送鏈吊架或者滑板等裝置數量較多，在運行過程中可能存在一定的精度偏差，所以在靜止區的裝配車體也可能存在定位偏差。為了解決這一問題，可將輸送鏈中靜止區的停止擋塊由單向停止定位改為雙向定位夾緊，并且在快進區方向設置扶正夾緊裝置，通過各種夾具或者夾持裝置來提高裝配車體的定位精度，為機器人進行裝配作業提供更加精準的定位。為了進一步提升夾持設計的精度，可利用光柵定位、激光測距裝置、視覺識別定位裝置等測量夾緊的車位，然后將測量結果與理想原點位置進行比對，將偏差值傳遞給機器人進行修正計算，從而確定裝配車體的實際定位位置，提高定位的精準度。

2.2 改進機器人主體與夾具接口優化設計

機器人在汽車總裝車間的應用就是為了提高生產效率，夾具是流動生產線固定裝配車體的重要工具，但是不同位置的夾具類型不同，一個類型的夾具夾持對應的零件，所以限制了機器人的通用性，降低了機器人的工作效率。如果在機器人的主體安裝兩到三個夾具，也只是有微小的改進。為了提高機器人作業夾具接口的通用化，可以將數控機床中更換刀頭的理念遷移過來，在機器人本體與夾具連接部位設計為通過接口，形成標準化模塊設計，將機器人本體進行多種接口設計，從而形成通用接口。在流動生產線作業中，根據夾持安裝零件的需求，可將對應的夾具與機器人本體中對應的接口進行快速連接。這種設計方式，既能夠縮短更換夾具的時間，又能夠提高機器人的工作效率，更加有利于流動生產線的高效作業。

2.3 在機器人中應用傳感技術和視覺識別技術

汽車總裝車間的裝配技術較為復雜，即使是對于同一零件而言也可能會涉及多種不同的工藝技術，所以對裝配技術有較高的要求。在早期的機器人作業中，一般都是按照設定的程序進行作業，或者按照示教的軌跡來作業，基本都是簡單的重復性動作。隨著機器人技術的不斷優化，在與傳感器技術相結合的情況下，能夠獲取角度、位移、速度、加速度、力和力矩等信息，然后將這些狀態信息轉變為相應的數據傳遞到控制中心，經過計算和分析后再向機器人發布相應的指令。機器人在具備一定的感知能力后，就可以根據感知的信息對生產狀態進行分析，然后根據偏差來調整自身動作，實現機器人動作過程的閉環控制?，F階段，工業機器人可以利用視覺識別技術進行信息感知，只需要在機器人上安裝二維或者三維攝像頭，就可以對流動生產線上的裝配產品進行照片拍攝，然后將照片與設計的標準值進行比對，既能夠獲取偏差信息，然后對機器人的動作進行調整，修正偏差，從而提高裝配精度。

3? 結語

在汽車總裝生產中，需要將眾多零部件按照規定要求進行裝配，并且對裝配精度有較高的要求。一旦在總裝環節出現質量問題，即使所有零部件的質量都合格，最終也無法滿足總裝的質量驗收。在我國對產業結構進行轉型升級的背景下，應該加強工業機器人在汽車總裝車間的應用，為推動汽車總裝車間的自動化、智能化生產提供基礎保障。機器人在汽車總裝車間應用的初始階段會面臨很多問題，比如定位精度不準、夾具接口通用性不強、機器人感知性能不佳等。但是隨著技術的不斷改進，機器人在深度學習和模糊判斷算法等人工智能技術的支持下，在汽車總裝車間中的技術應用越來越成熟，也能夠更加靈活的應對更為復雜的生產狀況，為促進工業機器人在汽車總裝車間應用技術的提升創造有利的條件。

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