汽车工业机器人的应用

汽车工业机器人的应用
1.汽车工业机器人的简介
1.1工业机器人简介
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，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工业机器人有可编程，拟人化，通用性强的优点，广泛运用于制造业。

当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。

美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。

国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。

欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。

1.2工业机器人的发展
乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利在1954年（1961年授予）。

制作机器人的第一家公司是Unimation，Unimation机器人也被称为可编程移机，因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个，不到十英尺左右分开。

他们用液压执行机构，并编入关节坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。

1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂，全电动，6轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。

这使得它精确地跟踪在太空中任意路径拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应用，如装配和焊接。

工业机器人在欧洲起飞相当快，既ABB机器人和库卡机器人带来机器人市场在1973年ABB机器人（原ASEA）推出IRB 6，世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。

我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

1970年世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。

在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。

进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。

“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。

1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。

从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

1.3汽车工业机器人的发展
工业机器人50%以上用在汽车领域，当前，工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。

目前，国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，现已从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造行业。

但汽车工业仍是工业机器人的主要应用领域。

据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37%，用于汽车零部件的工业机器人约占24%。

由于机器人技术以及研发的落后，工业机器人还主要应用在制造业，非制造业使用的较少。

据统计，近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。

可见，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。

2. 焊接工业机器人在汽车制造中的应用
2.1焊接机器人简介
焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。

60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：稳定和提高焊接质量；提高劳动生产率；改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；降低了对工人操作技术的要求；缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

因此，在各行各业已得到了广泛的应用。

2.2焊接机器人的基本原理
焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。

机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。

而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。

对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。

2.3焊接机器人的发展
焊接机器人不仅有效提高了焊接质量还极大的提高了焊接效率。

对于在汽车工业中的点焊应用来说，目前已广泛采用电驱动的伺服焊枪。

日本丰田公司已决定将这种技术作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。

据本田公司称，用这种技术可以提高焊接质量，在短距离内的运动时间也大为缩短，因而试图用它来代替某些弧焊作业。

据富士电机报导，该公司最近推出一种高度较低的点焊机器人，用它来焊接车体的下部零件，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的长度。

目前，用2台机器人协调工作进行弧焊已相当普遍。

此时，一台弧焊机器人焊接工件，而另一台夹持机器人夹持工件，从而不必为特殊工件专门设计成本很高的专用夹具，并能保持最佳的焊接压力。

鉴于焊接过程的复杂性、先进制造业对焊接技术更高层次的需求及用户对新型视觉传感系统更高的性价比要求等，当前还必须解决系统的复杂性与可靠性、实时性与精确性、可控性与智能化等方面的问题。

随着全球经济的一体化发展，世界制造中心逐步向中国转移，中国工业机器人的产业也将会快速地发展起来。

我坚信，在不远的未来，在中国的汽车生产线上会有越来越多的国产焊接机器人发
挥作用。

3.喷涂机器人在汽车制造中的应用
3.1喷涂机器人简介
喷涂机器人又叫喷漆机器人，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。

喷涂机器人有工作范围大，审计可能性大，可实现多种车型的混线生产，可实现内表面及外表面的喷涂，仿形喷涂轨迹精确，提高涂膜的均匀性等外观喷涂质量，降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料利用率等优点。

所以喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。

3.2喷涂机器人的基本原理
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。

3.3喷涂机器人的发展
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。

综上所述，工业机器人使汽车制造也大批量、高效率、高质量生产提供了有效保障。

参考文献
1.王田苗，陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略.机械
工程学报.北京，第50卷第9期
2.曲道奎.工业机器人在汽车焊接中的应用.航空制造技术.北京，
2004年第3期
3.陈媛媛，徐浩，彭庆丰.机器人在汽车工业中的应用.工业机器人
产业.北京，2013年第20期第24页。