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工（gōng）業機器人（rén）在汽車製造工業中的應用和發展

2022-12-7 來源：- 作者：-

　　近年來工（gōng）業（yè）機器人的快速（sù）發展讓汽車製造業實現了高自（zì）動（dòng）化（huà）和高效率的生產模式，在一定（dìng）程度上極（jí）大地促進了我國汽車製造（zào）業高速（sù）發展。本文主要闡（chǎn）述當今我國工業機器人在汽車（chē）製造（zào）的應用領域和未來發（fā）展趨勢，主要圍繞三個方麵展開；一是我國工業機器人在汽車（chē）製造領域中的應（yīng）用，二是客觀介紹我國（guó）工業機器人在汽車製造階段中發展的現狀，三是闡述（shù）我國未來基於汽車製造行業中工業機器人的發展（zhǎn）趨勢。旨在希望（wàng）為我國工業機器人應用於汽車製造行業的發展提供更加科學的借鑒,助（zhù）力我國工業機器人未來更好的適應汽車製造業的發展。

　　工（gōng）業（yè）機器人在汽（qì）車製（zhì）造中的應用

　　目前（qián）在汽車製造領域中，工業機器人（rén）的應用範（fàn）圍（wéi）極廣，常（cháng）規四大車間（衝壓車間、焊裝車間、噴塗車間、總裝（zhuāng）車間）機（jī）器人在製造生產線應用率達90%以上，如今我國的汽車（chē）製造每年不（bú）間斷改造轉型，能用機器人的均已安裝機器人。例如成都領克焊裝車間在2022年新增焊（hàn）裝生產（chǎn）線2條以完善焊（hàn）裝車間（jiān）設備，新車型導入（rù）前期（qī）的焊裝（zhuāng）線工位改造涉及新（xīn）增機（jī）器人30台，汽車製造車間運用機器人（rén）抓取搬運板件後（hòu）扣合，機器人點（diǎn）焊、螺柱焊、激光焊、搬運、碼垛、裝配、噴塗、檢測（cè）等均由機器人自動完成，機器人的運用使得四大車間的自動（dòng）化程度大大（dà）增加。

　　焊接（jiē）

　　在汽車的焊接生產線流（liú）程中，每一條（tiáo）生產線（xiàn）都是由一個小的工（gōng）位組成。其中焊裝車間（jiān）的（de）四門兩蓋生產線和下部線、主線都（dōu）是由細分的（de）工位組成（chéng），每個工位一般4-6台機器人協（xié）同工作，其（qí）中焊接工位是應用最多的、也是分布最廣的。隨著生產線向（xiàng）前推進，從一開始的前底板、後底板和機艙三大件主拚到中間（jiān）的上左右A柱、後尾座（zuò）、左右側圍、四門兩蓋到（dào）最後的天窗形成白車身，其中點焊、補焊占比近60%。隨著機器（qì）人焊接新技術的不斷的進步與（yǔ）發展（zhǎn），機器人（rén）在汽車（chē）的焊接生產（chǎn）線過程中的（de）應用也越來越廣泛，進而焊接中機器人的功能（néng）也逐漸變得多樣（yàng）化。車體（tǐ）焊接汽車製造中車體焊接多采用的是點焊與弧焊技術，機器人進行車體焊接之前，需要PLC控製（zhì）滑橇傳輸到位後（hòu）下落完成，然後PLC觸發機器人相應車型的程序，機器（qì）人便可以（yǐ）開始工作，整個（gè）過程無需人工參與。

　　搬運和碼（mǎ）垛

　　汽車零部件搬（bān）運和碼垛是汽（qì）車製造過程中較為關鍵（jiàn）的（de）環節之一，傳統製造中的搬運和碼垛主要是由人工來完成，但是汽車零部件大多體積大且板件易劃（huá）傷（shāng）人體皮膚組織，如果依舊由人（rén）工搬運，則費時費力，且安全係數（shù）較大和極易（yì）導致零部（bù）件受損。如今應用搬運和碼（mǎ）垛工業機器人，能夠將（jiāng）此問題解（jiě）決，機器人可以（yǐ）不休息地工（gōng）作，有著不僅速度（dù）快，而且安全的優勢。機器人能夠（gòu）根據設定好的程序自動（dòng）完成搬運、碼垛工作，所以在汽車製造中，應用工業機器（qì）人在搬運，不僅可以降低人工成本及安全事件發生幾率，另還可以使工作人員工作量減少。

　　噴塗

　　汽車噴漆與塗膠過程中，應用工（gōng）業機器人優勢較為明顯，不僅（jǐn）能夠將塗料均勻的噴灑在車身上，而且可以（yǐ）降低安（ān）全事故的發生，噴漆、塗（tú）膠（jiāo）速度和質量有效提升。噴漆時主要對車身表麵，而塗（tú）膠是車（chē）身各板件的（de）連接位置。塗膠前（qián）需要將相應塗膠設備安裝好，包括塗膠機（jī）、膠桶的加熱溫度（dù）和膠槍（qiāng），塗膠機器人（rén）根據（jù）提前設定好的程序對車身連（lián）接位置進行塗膠工作。由於汽車製造（zào）車間透風性較差，塗料中的有害氣（qì）體難以排放，若工人長期處於這（zhè）種環境中，健康（kāng）會受到嚴（yán）重的危害。而噴塗機器人可以很好地避免這一點，噴塗（tú）機器人能夠根據車身形狀的不同從而（ér）選擇不同的噴（pēn）塗工具，按照預先設定的噴塗程（chéng）序進行工作。使用噴塗機（jī）器人不僅能（néng）夠保護員工的健康安全，還能（néng）加快噴塗速度、避免工作失誤，提高（gāo）噴塗效（xiào）率。

　　裝（zhuāng）配

　　汽車生產過程中對於汽車裝配有專門的裝配機器人。相對於普通的工業機（jī）器人來說（shuō）,汽車裝配機器人擁有工（gōng）作精度更高、工作柔性更好、工作範圍廣、並且（qiě）能與其他係統配（pèi）套使用等諸多優點。隨（suí）著汽車製（zhì）造（zào）業發展程度越來越高,對於汽車安（ān）裝速度和精度的要求也（yě）隨（suí）之增強（qiáng）,單靠（kào）人工（gōng）裝配難以滿足生產進度的要求。

　　汽車裝配（pèi）環節機器人主要應用於零部（bù）件快速（sù）組裝。為了保證汽車裝配時更加精準，工作人員要（yào）將各種類（lèi）型的傳感器安裝至機器人相應位置，例如觸（chù）覺、視覺等傳感器，機器人借（jiè）助（zhù）傳感器能夠準確識別以及抓取需要的零部件，並將這些部件快速安裝於指定部位（wèi）。工業機器（qì）人在汽車裝配中的應用確保了精密性、穩定性，裝（zhuāng）配效率大大提高。

　　質檢（jiǎn）

　　汽車製造（zào）最後一步為檢測（cè）環節，檢測工業機器人主要應用於汽車出廠（chǎng）之前的檢測工作，重點是對汽車零（líng）部件尺寸進行檢測，同時還會（huì）將大量零部件進行有效歸（guī）類，方便快捷且精準可靠，無需工作（zuò）人員在檢測方麵花費大量時間，生產效率大幅度提高了。機（jī）器人要進（jìn）行檢測時采用的是視覺傳感以及測驗控製模板將汽車圖像（xiàng）信（xìn）息（xī）準確獲取，通過與模型進行比較，進而了解汽（qì）車零部件性（xìng）能（néng），主要對（duì）比（bǐ）的內容有零部件實際尺寸和（hé）模型間存在（zài）的誤差，進而判斷偏差所（suǒ）處（chù）範圍，為後續（xù）改進提供參數。同（tóng）時（shí）機器人也會對汽車撞擊進行檢（jiǎn）測，對速（sù）率調控，進而實（shí）現撞擊時汽車損傷最小化，保證汽車整體性能的安全可靠性（xìng）。在完成相（xiàng）應檢測並合格以後，汽車才能投放市場（chǎng）出售，保證（zhèng）汽車使用更加安全。

　　工業（yè）機器人在新能源汽（qì）車製造階段中發展的現狀

　　近年來，我國的汽車行業的市場需求提升較快，各種類型的汽車銷量增（zēng）長大幅度提升（shēng）。目（mù）前我（wǒ）國汽車行業正（zhèng）處於快速（sù）發展階段，市場競爭極為激烈，汽（qì）車的改革創新（xīn）變化可謂是日新月異，琳琅滿目的各類車型、人性化（huà）的配置（zhì）選擇、低成本的資金投（tóu）入讓（ràng）汽車製造行業也有了（le）新高度的要求。因此，工業機器人在汽車智能製造生產線中被廣泛應用（yòng），在（zài）汽車生產中扮演著裝配工（gōng）、操作工、焊接工等角色，主要應用有焊接、塗（tú）膠、弧焊、噴塗等。

　　焊接（jiē）機器人

　　長期以來，焊接工作經常由人工（gōng）示教進行，這增加了工人的工作強度，並且焊接的質量參差不齊，嚴重依賴人的經驗，無法適應汽車製造業的飛速（sù）發展。焊接（jiē）機器（qì）人可以很好地解決這些問（wèn）題，它能精準、穩定地實施焊接動作，最大（dà）化地減小誤差。焊接機器人主要分為點焊和弧焊，點焊機器人安裝麵積小，工作空間大（dà），在工作過程中（zhōng）能夠很好地控製焊接點精度，保證焊接節（jiē）點的質量；弧焊機器人工序較為複雜，分為起弧、焊接、熄（xī）弧等步（bù）驟，但是設定好程（chéng）序之（zhī）後，這些步（bù）驟能夠自動完成，實現高效精準焊接。隨（suí）著機器學習（xí）和控製技術的發展，目（mù）前焊接自動化正在向完全自主焊接的方向發展，焊接機器人能夠利用視覺傳感器自（zì）主尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤、自動出送絲（sī）等（děng），實現（xiàn）精準地（dì）高效焊接。

　　搬運和碼垛機器人

　　搬運和碼垛主要是在（zài）衝壓車間和焊裝車間用的（de）最多，汽車零部件衝壓設（shè）備將其製造成型後，由我們的機器人進行搬運，搬運到貨架上，然後機器（qì）人碼垛（duǒ）好一車車零件後通過智能小車發往焊裝車（chē）間，現如今的國內（nèi）汽車（chē）製造廠商大多采用四大家族的（de）機器人，搬運（yùn）和碼垛機器人體型和焊接機器人差不多大，但其（qí）抓手（shǒu）根據零部件的大小的不同而不同，有的需要途（tú）中自動跟（gēn）換抓手，所以其配置信號和設備內容往往比較複雜。

　　噴塗（tú）機器人

　　噴漆機器人（rén）一般采用液壓驅動，具有（yǒu）動作速度（dù）快（kuài）、防爆性能好等特點，可通過手把手示（shì）教。噴漆（qī）機器人由於環境等因素影響壽命，相（xiàng）比較焊接、搬（bān）運等機器（qì）人壽（shòu）命較短，所以大多廠使用國產機器人，現場工（gōng）作人員在設定機器人的（de）噴漆程序時對不同車（chē）型的參數進行設定，以提高噴漆的全麵性和均勻（yún）度。噴塗機器人由以下幾點優點：一是柔（róu）性大、工作範圍大大，二是高噴塗質量和材（cái）料使用率（lǜ），三是易於操作和維護、可離線編程，大大的縮（suō）短現場調（diào）試時間，四是設備利用率高、噴塗機（jī）器（qì）人的利用率可達90%-95%。

　　車間應用塗膠機器（qì）人進行（háng）塗（tú）膠作業時會自動識別不同（tóng）汽車車身的材質（zhì）和特性（xìng），進而自動控製塗膠的形狀和厚度，減少塗膠（jiāo）材料的（de）浪（làng）費。為了（le）提高車身的密封、防鏽蝕性，減（jiǎn）輕振動，需（xū）要在車身鈑金搭（dā）接處（chù）塗敷密封膠。

　　裝配（pèi）機器人

　　汽車智能製造中利（lì）用（yòng）機器人（rén）按照既定程序對各項零部（bù）件進行組裝，使其最終組裝（zhuāng）成為一個合（hé）格的汽車商品（pǐn）。汽（qì）車中（zhōng）零部件類型較（jiào）多，如發（fā）動機、儀表盤、空調（diào）係統（tǒng）、車（chē）門、車（chē）身（shēn）、座椅等，機器人主要依托各類傳感器實現（xiàn）識別和區（qū）分不同零部件的功能,如視覺傳感器（qì）、聽（tīng）覺傳感器、觸覺傳感器等，根（gēn）據（jù）機器人工作（zuò）需求為其安裝合適的（de）傳感器，才能支撐（chēng）其完成精準安裝的操作。在汽（qì）車（chē）的裝配環節中通過利用多個機器人進行流水線式操作，能顯著提高汽車的（de）裝配（pèi）質（zhì）量和效率，減少人工裝配時可能出現的誤差，保障駕駛員的行車安全。

　　檢測機器人

　　目前世界上車身尺寸檢測設備相對比較完（wán）善（主要有紅外線、藍光、白光等檢測（cè）係統），而柔性化的檢測技（jì）術需完善的車身尺寸檢（jiǎn）測設備（bèi），即（jí）滿足一定（dìng）移動軌跡的（de）載體方可實現，其中載體應同時具備位置（zhì）度及重複定（dìng）位精度（dù）要求。具體項目可依據不同需求可選（xuǎn）擇不（bú）同的工裝或設（shè）備作為載體，而目前以機（jī）器人作為載體是符合車（chē）身柔性化製造需求的最（zuì）佳對象。

　　傳（chuán）統的車身檢測方式由於檢測周期長且隻能對車身進行抽檢。而機器人在線檢測技術可（kě）以實現非接觸、快速等檢測優（yōu）點，不僅能夠快速反饋車身尺寸信息，而且也可體現出車（chē）身尺寸趨勢及重（chóng）要車身尺（chǐ）寸偏差在線預警功能，能夠及時為工（gōng）藝分析改進提供依據，符（fú）合（hé）未來車身製造自動化、智能化及高節拍的質量需（xū）求。

　　機器人在汽車生產行業的發展趨勢

　　更加智（zhì）能（néng）化

　　智能化是工業機器人未（wèi）來發展大趨勢（shì），同時運用雲計算（suàn）以及雲存儲技術在機（jī）器人（rén）服務方麵的應用會越來越廣泛，將機器人與雲端高效連接，便可以靈活運用數據中心不同的功（gōng）能。在（zài）不久的將來，工（gōng）業機器人編程（chéng）以及示教會（huì）變得更加智（zhì）能，各項功能（néng）越來越齊全，不僅可以實現柔性臂、雙（shuāng）臂人（rén）機協同，而且安全性以及交互性更強。對於汽車生產、製（zhì）造過程中焊接效（xiào）率（lǜ）的提升非常有利，降低了誤（wù）差發生幾率，節省（shěng）了人工成本，提高了生產效率。工業機器人的智能化將預示著，人類能在工業機（jī）器人的幫（bāng）助下，實現更加高效，綠色，智慧的工業生產新階段。

　　體（tǐ）積（jī）小、精度高

　　未來的工業機器人（rén）相對體（tǐ）積較小，本體精致且節省工作空間的同時生產效率提高。一般機器人的高度大（dà）多都不活超（chāo）過人的高度，這樣（yàng）也就在一定程度上增強了機器人工作的靈（líng）活（huó）性，從而也就有效的提高了汽車的生產效率。

　　幹涉急停

　　幹涉急（jí）停的功能將來必須普及也一定會（huì）普及，特別在工（gōng）業機器人的手動操作過程中，由於操縱者不熟練引起的碰撞或者其他突發（fā）狀況的發生，一旦發生碰撞，停止生（shēng）產維護設備和損壞設備造成一定的經濟損（sǔn）失，嚴重的會出現工人安全（quán）問題。

　　基於當前工業機器人的發展現狀，我們（men）不難想到未來工業機（jī）器（qì）人的發展，一定會逐漸向具有幹涉急停能力的方向（xiàng）發展。

　　結語（yǔ）

　　社會經濟水平日益提高（gāo），推動了消（xiāo）費（fèi）市場的發展（zhǎn），人們對於汽車的需求也逐（zhú）漸（jiàn）提升，這也在很大（dà）程度上促進了汽車製造業的發展。當前我國市場經濟體係日益完善，汽車製造業（yè）作（zuò）為國民經濟增長中的重要力量，發展前景（jǐng）較（jiào）好，對於工業機器人的需求（qiú）量也會越來越大（dà），推動了工業機器人由原來的“機器”逐漸（jiàn）向人進化階段發（fā）展，不僅僅是一（yī）種特殊設備，更是在關鍵環節融入了人的思維，實（shí）現了（le）相（xiàng）互補充。同時將機器人與傳感技術相結合（hé），特別是（shì）在視覺融合方法，使工業機器人（rén）適應環境變化的（de）能力不（bú）斷（duàn）增強。隨著機器人技術的成熟與發展,在汽車智能製造中的應用範圍不斷擴大，已經取得（dé）了良好的應用效果。目前（qián）機器人在（zài）汽車智能製造中主要依托編程技術、仿（fǎng）真技（jì）術、通用技術（shù）和臨床應用技術等多種技術，在汽車零部件搬運、車體焊接、噴漆（qī）和塗膠、汽車裝配及檢測幾個方麵（miàn）代（dài）替人工進行操作，不僅顯著（zhe）提高了汽車製造的工作（zuò）效率，而且提高了汽車產品的製造質量，對促進汽車智能製（zhì）造行業健（jiàn）康發展具有重要意義。

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