工業機器人在汽車制造工業中的應用和發展
2022-12-7 來源：- 作者：-
近年來工業機器人的快速發展讓汽車制造業實現了高自動化和高效率的生產模式，在一定程度上極大地促進了我國汽車制造業高速發展。本文主要闡述當今我國工業機器人在汽車制造的應用領域和未來發展趨勢，主要圍繞三個方面展開；一是我國工業機器人在汽車制造領域中的應用，二是客觀介紹我國工業機器人在汽車制造階段中發展的現狀，三是闡述我國未來基于汽車制造行業中工業機器人的發展趨勢。旨在希望為我國工業機器人應用于汽車制造行業的發展提供更加科學的借鑒,助力我國工業機器人未來更好的適應汽車制造業的發展。
工業機器人在汽車制造中的應用
目前在汽車制造領域中，工業機器人的應用范圍極廣，常規四大車間（沖壓車間、焊裝車間、噴涂車間、總裝車間）機器人在制造生產線應用率達90%以上，如今我國的汽車制造每年不間斷改造轉型，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年新增焊裝生產線2條以完善焊裝車間設備，新車型導入前期的焊裝線工位改造涉及新增機器人30臺，汽車制造車間運用機器人抓取搬運板件后扣合，機器人點焊、螺柱焊、激光焊、搬運、碼垛、裝配、噴涂、檢測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化程度大大增加。
焊接
在汽車的焊接生產線流程中，每一條生產線都是由一個小的工位組成。其中焊裝車間的四門兩蓋生產線和下部線、主線都是由細分的工位組成，每個工位一般4-6臺機器人協同工作，其中焊接工位是應用最多的、也是分布最廣的。隨著生產線向前推進，從一開始的前底板、后底板和機艙三大件主拼到中間的上左右A柱、后尾座、左右側圍、四門兩蓋到最后的天窗形成白車身，其中點焊、補焊占比近60%。隨著機器人焊接新技術的不斷的進步與發展，機器人在汽車的焊接生產線過程中的應用也越來越廣泛，進而焊接中機器人的功能也逐漸變得多樣化。車體焊接汽車制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控制滑橇傳輸到位后下落完成，然后PLC觸發機器人相應車型的程序，機器人便可以開始工作，整個過程無需人工參與。
搬運和碼垛
汽車零部件搬運和碼垛是汽車制造過程中較為關鍵的環節之一，傳統制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傷人體皮膚組織，如果依舊由人工搬運，則費時費力，且安全系數較大和極易導致零部件受損。如今應用搬運和碼垛工業機器人，能夠將此問題解決，機器人可以不休息地工作，有著不僅速度快，而且安全的優勢。機器人能夠根據設定好的程序自動完成搬運、碼垛工作，所以在汽車制造中，應用工業機器人在搬運，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。
噴涂
汽車噴漆與涂膠過程中，應用工業機器人優勢較為明顯，不僅能夠將涂料均勻的噴灑在車身上，而且可以降低安全事故的發生，噴漆、涂膠速度和質量有效提升。噴漆時主要對車身表面，而涂膠是車身各板件的連接位置。涂膠前需要將相應涂膠設備安裝好，包括涂膠機、膠桶的加熱溫度和膠槍，涂膠機器人根據提前設定好的程序對車身連接位置進行涂膠工作。由于汽車制造車間透風性較差，涂料中的有害氣體難以排放，若工人長期處于這種環境中，健康會受到嚴重的危害。而噴涂機器人可以很好地避免這一點，噴涂機器人能夠根據車身形狀的不同從而選擇不同的噴涂工具，按照預先設定的噴涂程序進行工作。使用噴涂機器人不僅能夠保護員工的健康安全，還能加快噴涂速度、避免工作失誤，提高噴涂效率。
裝配
汽車生產過程中對于汽車裝配有專門的裝配機器人。相對于普通的工業機器人來說,汽車裝配機器人擁有工作精度更高、工作柔性更好、工作范圍廣、并且能與其他系統配套使用等諸多優點。隨著汽車制造業發展程度越來越高,對于汽車安裝速度和精度的要求也隨之增強,單靠人工裝配難以滿足生產進度的要求。
汽車裝配環節機器人主要應用于零部件快速組裝。為了保證汽車裝配時更加精準，工作人員要將各種類型的傳感器安裝至機器人相應位置，例如觸覺、視覺等傳感器，機器人借助傳感器能夠準確識別以及抓取需要的零部件，并將這些部件快速安裝于指定部位。工業機器人在汽車裝配中的應用確保了精密性、穩定性，裝配效率大大提高。
質檢
汽車制造最后一步為檢測環節，檢測工業機器人主要應用于汽車出廠之前的檢測工作，重點是對汽車零部件尺寸進行檢測，同時還會將大量零部件進行有效歸類，方便快捷且精準可靠，無需工作人員在檢測方面花費大量時間，生產效率大幅度提高了。機器人要進行檢測時采用的是視覺傳感以及測驗控制模板將汽車圖像信息準確獲取，通過與模型進行比較，進而了解汽車零部件性能，主要對比的內容有零部件實際尺寸和模型間存在的誤差，進而判斷偏差所處范圍，為后續改進提供參數。同時機器人也會對汽車撞擊進行檢測，對速率調控，進而實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。在完成相應檢測并合格以后，汽車才能投放市場出售，保證汽車使用更加安全。
工業機器人在新能源汽車制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長大幅度提升。目前我國汽車行業正處于快速發展階段，市場競爭極為激烈，汽車的改革創新變化可謂是日新月異，琳瑯滿目的各類車型、人性化的配置選擇、低成本的資金投入讓汽車制造行業也有了新高度的要求。因此，工業機器人在汽車智能制造生產線中被廣泛應用，在汽車生產中扮演著裝配工、操作工、焊接工等角色，主要應用有焊接、涂膠、弧焊、噴涂等。
焊接機器人
長期以來，焊接工作經常由人工示教進行，這增加了工人的工作強度，并且焊接的質量參差不齊，嚴重依賴人的經驗，無法適應汽車制造業的飛速發展。焊接機器人可以很好地解決這些問題，它能精準、穩定地實施焊接動作，最大化地減小誤差。焊接機器人主要分為點焊和弧焊，點焊機器人安裝面積小，工作空間大，在工作過程中能夠很好地控制焊接點精度，保證焊接節點的質量；弧焊機器人工序較為復雜，分為起弧、焊接、熄弧等步驟，但是設定好程序之后，這些步驟能夠自動完成，實現高效精準焊接。隨著機器學習和控制技術的發展，目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主尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤、自動出送絲等，實現精準地高效焊接。
搬運和碼垛機器人
搬運和碼垛主要是在沖壓車間和焊裝車間用的最多，汽車零部件沖壓設備將其制造成型后，由我們的機器人進行搬運，搬運到貨架上，然后機器人碼垛好一車車零件后通過智能小車發往焊裝車間，現如今的國內汽車制造廠商大多采用四大家族的機器人，搬運和碼垛機器人體型和焊接機器人差不多大，但其抓手根據零部件的大小的不同而不同，有的需要途中自動跟換抓手，所以其配置信號和設備內容往往比較復雜。
噴涂機器人
噴漆機器人一般采用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教。噴漆機器人由于環境等因素影響壽命，相比較焊接、搬運等機器人壽命較短，所以大多廠使用國產機器人，現場工作人員在設定機器人的噴漆程序時對不同車型的參數進行設定，以提高噴漆的全面性和均勻度。噴涂機器人由以下幾點優點：一是柔性大、工作范圍大大，二是高噴涂質量和材料使用率，三是易于操作和維護、可離線編程，大大的縮短現場調試時間，四是設備利用率高、噴涂機器人的利用率可達90%-95%。
車間應用涂膠機器人進行涂膠作業時會自動識別不同汽車車身的材質和特性，進而自動控制涂膠的形狀和厚度，減少涂膠材料的浪費。為了提高車身的密封、防銹蝕性，減輕振動，需要在車身鈑金搭接處涂敷密封膠。
裝配機器人
汽車智能制造中利用機器人按照既定程序對各項零部件進行組裝，使其最終組裝成為一個合格的汽車商品。汽車中零部件類型較多，如發動機、儀表盤、空調系統、車門、車身、座椅等，機器人主要依托各類傳感器實現識別和區分不同零部件的功能,如視覺傳感器、聽覺傳感器、觸覺傳感器等，根據機器人工作需求為其安裝合適的傳感器，才能支撐其完成精準安裝的操作。在汽車的裝配環節中通過利用多個機器人進行流水線式操作，能顯著提高汽車的裝配質量和效率，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善（主要有紅外線、藍光、白光等檢測系統），而柔性化的檢測技術需完善的車身尺寸檢測設備，即滿足一定移動軌跡的載體方可實現，其中載體應同時具備位置度及重復定位精度要求。具體項目可依據不同需求可選擇不同的工裝或設備作為載體，而目前以機器人作為載體是符合車身柔性化制造需求的最佳對象。
傳統的車身檢測方式由于檢測周期長且只能對車身進行抽檢。而機器人在線檢測技術可以實現非接觸、快速等檢測優點，不僅能夠快速反饋車身尺寸信息，而且也可體現出車身尺寸趨勢及重要車身尺寸偏差在線預警功能，能夠及時為工藝分析改進提供依據，符合未來車身制造自動化、智能化及高節拍的質量需求。
機器人在汽車生產行業的發展趨勢
更加智能化
智能化是工業機器人未來發展大趨勢，同時運用云計算以及云存儲技術在機器人服務方面的應用會越來越廣泛，將機器人與云端高效連接，便可以靈活運用數據中心不同的功能。在不久的將來，工業機器人編程以及示教會變得更加智能，各項功能越來越齊全，不僅可以實現柔性臂、雙臂人機協同，而且安全性以及交互性更強。對于汽車生產、制造過程中焊接效率的提升非常有利，降低了誤差發生幾率，節省了人工成本，提高了生產效率。工業機器人的智能化將預示著，人類能在工業機器人的幫助下，實現更加高效，綠色，智慧的工業生產新階段。
體積小、精度高
未來的工業機器人相對體積較小，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多都不活超過人的高度，這樣也就在一定程度上增強了機器人工作的靈活性，從而也就有效的提高了汽車的生產效率。
干涉急停
干涉急停的功能將來必須普及也一定會普及，特別在工業機器人的手動操作過程中，由于操縱者不熟練引起的碰撞或者其他突發狀況的發生，一旦發生碰撞，停止生產維護設備和損壞設備造成一定的經濟損失，嚴重的會出現工人安全問題。
基于當前工業機器人的發展現狀，我們不難想到未來工業機器人的發展，一定會逐漸向具有干涉急停能力的方向發展。
結語
社會經濟水平日益提高，推動了消費市場的發展，人們對于汽車的需求也逐漸提升，這也在很大程度上促進了汽車制造業的發展。當前我國市場經濟體系日益完善，汽車制造業作為國民經濟增長中的重要力量，發展前景較好，對于工業機器人的需求量也會越來越大，推動了工業機器人由原來的“機器”逐漸向人進化階段發展，不僅僅是一種特殊設備，更是在關鍵環節融入了人的思維，實現了相互補充。同時將機器人與傳感技術相結合，特別是在視覺融合方法，使工業機器人適應環境變化的能力不斷增強。隨著機器人技術的成熟與發展,在汽車智能制造中的應用范圍不斷擴大，已經取得了良好的應用效果。目前機器人在汽車智能制造中主要依托編程技術、仿真技術、通用技術和臨床應用技術等多種技術，在汽車零部件搬運、車體焊接、噴漆和涂膠、汽車裝配及檢測幾個方面代替人工進行操作，不僅顯著提高了汽車制造的工作效率，而且提高了汽車產品的制造質量，對促進汽車智能制造行業健康發展具有重要意義。
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