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工业机器人在机械制造中的应用研究

发表时间：2020/11/24 来源：《中小学教育》2020年12月1期作者：游飞洋

[导读] 目前社会经济发展下，工业制造产业面临极大的机遇与挑战，机电一体化的实现推动了我国制造的进一步发展，在此背景下工业机器人在制造中的应用受到更多人的青睐。下面文章就对工业机器人在制造中的应用进行研究。

游飞洋四川省盐业学校
摘要：目前社会经济发展下，工业制造产业面临极大的机遇与挑战，机电一体化的实现推动了我国制造的进一步发展，在此背景下工业机器人在制造中的应用受到更多人的青睐。下面文章就对工业机器人在制造中的应用进行研究。
关键词：工业机器人；机械制造；高精度
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982 （2020）12-118-01

        一、引言
        随着国民经济与机器人技术的快速发展，机器人在我国工业化发展过程中的地位越来越重要。工业机器人是一种集多种先进技术于一体的自动化装备，具有较高的技术含量，也体现出现代工业技术的高效益、软硬件结合等特点，并代表着一个国家的科技水平。随着科学技术的向前发展，工业机器人因其自动化程度高、高精度、高负载、通用性、可编程性等特点，已经在机械制造业中发挥出重要作用。
        二、工业机器人技术概述
        工业机器人技术作为一种仿人操作，通过计算机编程，能实现自动控制，各种作业都能在三维空间内完成，最终实现机电一体化以及生产设备的自动化，可以批量生产，使产品质量与生产效率得到提高。从大量的研究中，我们发现工业机器人的构成主要包括几个部分：操作机、控制器、驱动系统、检测传感装置等，体现出了显著优势。一方面，可以实现自动化生产，提高生产效率与质量，降低人为误差，提高生产的标准性以及生产质量；另一方面，可以提高产品的更新换代速度以及产品质量，增加产品的多样化，从而可以促进产品的新发展。机器人技术是一种综合型技术，其中包括计算机技术、信息和传感技术、控制技术以及机构学等，不仅如此，也涵盖了仿生学、人工智能以及传感技术等，在这几方面均发挥重要作用。可以说，机器人应用情况也标志着一个国家的发展程度，代表了国家的科技发展状况。总之，工业机器人技术是机械制造领域中不可缺少的设备。
        三、工业机器人在机械制造中的应用
        工业机器人涉及到机械原理、机械设计、自动控制理论基础、理论力学、机电一体化等机械工程类大学本科所学的诸多专业基础课程。在应用于工业生产、科研实验等实际操作任务前，工业机器人必须要具备以上基础理论。工业机器人可满足当今工业成本与时间高效性的实际需求，以及对材料加工的柔性需求，凭借着低成本、高效性、柔性好等多个优势，可以替换传统机械加工单元的自动化加工设备。从近年来的应用情况看，工业机器人相比数控加工中心、FMC等其它加工设备来说，在机械加工领域应用具有自动化程度高、成本低、安装空间小等优点，能满足自由曲面、复杂型腔等复杂加工要求，更能适应当前小批量、多品种、现场加工的现代生产要求。
        1、在机械制造业中的应用
        （1）在传统机械制造业中的应用
        在工业生产中，工业机器人可以代替人来做某些单调、频繁和长时间重复的作业，无论是危险环境还是恶劣环境，在传统的机械制造业中都可以广泛应用工业机器人。例如，工业机器人可以被用于简单装配、磨削、搬运、分拣、包装以及其他机械加工等单调、频繁和长时间的重复性作业，也可用于压力铸造、热处理、喷涂、焊接等对人体有害的物料搬运或工艺操作。

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与人相比，工业机器人的具有稳定、精确、力大、适合于有毒有害环境等优点；而相比其他自动化控制设备，则具有系统柔性大、自由运动空间大、应用灵活性高等优点。正是因为工业机器人具有适应性和通用性，所以能够适应多品种中、小批量的生产。
        （2）在现代机械制造业中的应用
        工业机器人不仅应用于传统的机械制造业中，如采矿、冶金、船舶、化学等领域，还在此基础上逐步扩大到航空、航天、核能、生化等高科技领域，如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、高压线作业机器人等。在制药领域中，
        机器人的发展前途更广阔，制药企业为保持无菌的生产环境，减少人为因素给制药环境及药品质量带来的不利影响，促使高精度卫生型机器人在制药领域被广泛的应用。对制药企业而言，在很大程度上都是由生產设备的卫生设计来决定药品的质量和制药企业的竞争力。高精度的机器人不仅能满足严格的安全标准，更是生产效率得以提高的有效手段。卫生化设计机器人不仅能改善药品质量与安全，可以延长机械设备的使用寿命，降低人力和维护成本。采用卫生设计机器人技术产品（即制药机械）能满足生产系统及生产环境的各项卫生标准，越来越受到人们的欢迎。
        2、机器人自动化装配线
        在大多数的流水线生产作业中，自动化装配线这一作业内容多是由工业机器人来完成的。在自动化装配进行时，可以根据机械手臂的运动情况对机器人进行划分，将其分为旋转关节型和直角坐标型等多种装配机器人。由于垂直多关节型装配机器人的运行过程中主要有6个自由度，所以，在工作进行时就能实现任意一定的工作姿势。对直角坐标装配机器人来说，其生产过程中都是比较简单的操作，大部分都是在零件的移送等简单操作中应用。平面关节型装配机器人是一种有着较高精密度的装配机器人，在工作过程中具有速度快和柔性好等特点。因此，在工业生产中应用最广泛的就是这一机器人。其次是双臂装配机器人，这一机器人在进行工作时可以实现复杂的装配动作，性能明显比传统的单臂装配机器人强很多。双臂装配机器人大部分是在较为复杂的工序中应用，所以，到目前为止，该该机器人还没有在工业生产中普及，基本是在一些高精细尖端产业中应用。
        3、加工精度与误差补偿
        精度不仅是机械加工制造系统整体性能的一个重要的衡量标准，还会直接影响到工件的加工质量。机器人的加工精度提高，会给整个机器人加工系统的应用带来影响，而不再局限于低精度要求的加工任务。毕运波等人研发了一种机器人自动化制孔系统，孔位法向量可以根据产品模型直接获取，提出一种基于4个激光位移传感器的法向偏差修正技术。通过标定能获得激光位移传感器的零点位置和激光方向，之后再根据传感器的测量值计算而得到加工表面的实际法矢方向，通过对机器人姿态的调整来修正孔位法向偏差。Slavkovic NikolaR等人还提出一种机加工切削力误差离线补偿方法，借助G代码路径信息，根据工具点的位置和机械模型切削力计算值，从而实现一种路径离线补偿方式，加工误差也得到控制。此外，利用3D 激光多普勒振动扫描仪可以进行数据测量，反馈齿轮、轴承和结构组件的刚度，在实时仿真模型中应用到参数，计算加工过程中力所引起的工具点路径偏差，将计算偏差传递到机器人控制系统中做反向补偿。通过改善加工精度和补偿误差机制能使加工效率和质量大幅度提高，也在一定程度上降低了产品开发周期，这些都有利于我国机械制造技术水平的提高。
        总之，工业机器人是对传统人工模式的一种转变，在未来制造业发展中工业机器人的应用将会更加广泛。为了促进工业生产活动，在机器人设计方面还应该不断创新，在功能上、精度上加强控制，结合时代背景遵循新的设计原则，让工业机器人的应用更加广泛。
参考文献
[1]陈海，叶兵.机器人的发展现状及应用前景[J].装备制造技术，2017（11）.