機(jī)器人在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展

一、汽車(chē)工業(yè)

在汽車(chē)工業(yè)中，機(jī)器人最早被用于點(diǎn)焊，將各個(gè)沖壓件拼焊成車(chē)身。機(jī)器人具有很好的重復(fù)性和靈活性，使大部分手工焊接工作站實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。機(jī)器人焊接發(fā)展源于手工焊接，因此，它們通常都包括將工件在焊接工作站之間移動(dòng)的輸送裝置，而每一個(gè)焊接工作站則由多個(gè)操作焊槍的機(jī)器人組成，機(jī)器人點(diǎn)焊裝備基于手工焊接包，包括外置的變壓器和笨重的電纜，它們?yōu)楹笜屘峁╇娫础榱颂峁┳銐虼蟮呢?fù)載，早期的機(jī)器人均采用液壓驅(qū)動(dòng)，盡管它們很快就被電動(dòng)伺服機(jī)器人所替代，因?yàn)殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)具有更好的性能和重復(fù)性。隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的負(fù)載能力的提升，變壓器和焊槍集成在一起，從而不再需要那么多笨重的電纜。因?yàn)殡娎|磨損不像之前那么快了，所以這些技術(shù)的進(jìn)步提高了機(jī)器人焊接的可靠性。

最近，在焊接單元內(nèi)，機(jī)器人被用來(lái)搬運(yùn)工件，主要是搬運(yùn)一些子部件，要么利用固定焊槍形式，要么其他機(jī)器人安裝焊槍。這種方案提升了系統(tǒng)的柔性，也擴(kuò)大了機(jī)器人的數(shù)量。這種新方法的驅(qū)動(dòng)力是更短的汽車(chē)設(shè)計(jì)生命周期和同樣的設(shè)備生成更多種不同的產(chǎn)品。

焊接裝備的技術(shù)和性能也得到了提升。例如，一些工廠采用了伺服驅(qū)動(dòng)焊槍。這種焊槍完全由機(jī)器人控制。這種機(jī)器的好處是縮短了生產(chǎn)時(shí)間，因?yàn)楹搞Q的打開(kāi)或關(guān)閉操作可以在機(jī)器人到達(dá)指定位置之前開(kāi)始，焊鉗開(kāi)閉的大小也可由特定的焊接工序來(lái)控制。類(lèi)似的操作，如自沖鉚釘和螺柱焊接，在使用機(jī)器人后，大部分都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接。除此之外，工業(yè)界對(duì)激光焊接表現(xiàn)出越來(lái)越高的興趣。雖然機(jī)器人激光焊接成本較高，但是在某些情況下，性能和焊接質(zhì)量更車(chē)勝一籌。專(zhuān)門(mén)的激光焊接機(jī)器人被開(kāi)發(fā)出來(lái)，提供激光焊接的整體解決方案，提升了可靠和性能。

噴涂和車(chē)內(nèi)密封是較早在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用機(jī)器人的兩個(gè)領(lǐng)域。由于噴涂車(chē)間的壓機(jī)之間輸進(jìn)工作環(huán)境較差和追求涂裝質(zhì)量一致性，催生了機(jī)器人在噴涂行業(yè)的應(yīng)用。噴涂作手或其他進(jìn)置業(yè)最開(kāi)始采用液壓機(jī)器人，因?yàn)閲娡寇?chē)間的氣體和顆粒濃度很高，所以不允許使用電機(jī)。防爆型噴涂機(jī)器人的開(kāi)發(fā)成功，解決了這個(gè)問(wèn)題，從而快速提升了性能線，只是在沖壓機(jī)之間和噴涂機(jī)器人使用的便利性。早期的機(jī)器人采用示教編程，噴涂工人直接握住機(jī)機(jī)器在汽車(chē)器人手臂，拉動(dòng)機(jī)器人走所需軌跡，大多數(shù)時(shí)候是邊噴邊走。機(jī)器人能夠記錄該的度和在車(chē)身內(nèi)部作軌跡并重復(fù)執(zhí)行。這種編程方法的好處是可以實(shí)現(xiàn)路徑的快速生成，但是限制了人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的普力路徑編輯和修改。因此，開(kāi)發(fā)復(fù)雜的機(jī)器人程序就會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。離線編程，利用機(jī)器人的全自動(dòng)化個(gè)包括機(jī)器人、噴涂工具和車(chē)身的仿真環(huán)境，成為更受歡迎的編程方法，并且地，在發(fā)動(dòng)機(jī)行之有效，被廣泛使用。

在典型的噴涂車(chē)間，許多其他自動(dòng)化設(shè)備也用于噴涂，包括噴槍往復(fù)機(jī)和靜，機(jī)人在現(xiàn)代化的發(fā)電旋杯噴涂等。它們特別適用于在線體移動(dòng)時(shí)，噴涂外表面。除了這些機(jī)器外，孔之同輸進(jìn)工些機(jī)器人通常被用于噴涂?jī)?nèi)表面，包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙、行李箱和車(chē)門(mén)等。為了到達(dá)這些。汽車(chē)零部些區(qū)域，人們開(kāi)發(fā)了與噴涂機(jī)器人協(xié)作的開(kāi)啟裝置。伺服跟蹤也允許機(jī)器人在整個(gè)噴涂車(chē)間跟隨車(chē)身形狀。

如今，機(jī)器人汽車(chē)噴涂系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整體解決方案，對(duì)涂料和空氣混合做全作為提千質(zhì)重和生產(chǎn)需閉環(huán)系統(tǒng)。該方案允許在噴涂過(guò)程中調(diào)整噴涂參數(shù)，從而獲得最佳效果。除此之大，機(jī)在外，顏色變換器也被集成到機(jī)器人手臂中，以減少顏色更換過(guò)程中的時(shí)間和涂料立的，而不是作為要玻少操作浪費(fèi)。機(jī)器人還能夠被安裝更多的噴涂裝備，包括空氣噴涂、靜電空氣噴涂和靜及裝配電噴涂杯等。每一種裝備都有特定的好處，因此，對(duì)于某一特定的應(yīng)用，機(jī)器人車(chē)輛上有大量的都能與最佳裝備匹配。

車(chē)內(nèi)密封原本是一項(xiàng)令人不愉快的工作，使用機(jī)器人后，就不是這樣了。剛開(kāi)始時(shí)，噴涂機(jī)器人因?yàn)楸阌诰幊潭皇褂?。然而，?biāo)準(zhǔn)機(jī)器人也可以完成噴涂作業(yè)。機(jī)器人用于接縫密封是因?yàn)槲覀冃枰衙芊鈼l準(zhǔn)確地放置在車(chē)身的接縫位置。這就需要使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人，以便達(dá)到所需要的精度。人們利用視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)確定車(chē)身的位置，使得密封系統(tǒng)能夠適應(yīng)車(chē)身的微小變化，在密封位置依然保持足夠高的精度。后來(lái)，人們通過(guò)使用閉環(huán)流體控制來(lái)實(shí)現(xiàn)更精確的控制和隨密封要求而改變輸出，進(jìn)一步提升了應(yīng)用水平。粘接應(yīng)用也快速地實(shí)現(xiàn)了，同樣也是以粘接質(zhì)量為驅(qū)動(dòng)力。這些應(yīng)用包括直接安裝汽車(chē)玻璃、涂抹粘接劑然后將玻璃安裝到車(chē)身上，還包括其他各種粘接應(yīng)用，比如發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)面板和外面板的裝配等。

車(chē)身面板是在沖壓車(chē)間生產(chǎn)的。面板也有可能是汽車(chē)原始設(shè)備制造商(OEM)或者他們的一級(jí)供應(yīng)商生產(chǎn)的。機(jī)器人應(yīng)用于沖壓線已有多年，用于在不同的沖壓機(jī)之間輸送面板。這些機(jī)器人可以替代手工輸送或者替代專(zhuān)用的“鐵手”或其他輸送裝置。在某些領(lǐng)域中，沖壓線發(fā)展得更加成熟，現(xiàn)有的大型沖壓線自帶搬運(yùn)設(shè)備，利用機(jī)器人來(lái)進(jìn)行上下料操作。然而，對(duì)于更多的傳統(tǒng)沖壓線，只是在沖壓機(jī)之間使用機(jī)器人，仍然還有很大的自動(dòng)化提升空間。

機(jī)器人在汽車(chē)總裝中的應(yīng)用要慢于車(chē)身車(chē)間的應(yīng)用，這多半是因?yàn)樗僮鞴ぜ碾y度和在車(chē)身內(nèi)部作業(yè)的需要等因素。然而，現(xiàn)在許多應(yīng)用都具備使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的潛力。公司在流程方面(例如，手工作業(yè)、半自動(dòng)化或使用機(jī)器人的全自動(dòng)化)的決策基于成本因素而非技術(shù)障礙。

相似地，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中一開(kāi)始就使用的機(jī)器人并不多。裝配操作通常都由專(zhuān)門(mén)的設(shè)備來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)更大的產(chǎn)量和更高的剛性自動(dòng)化。由于柔性需求的增加，機(jī)器人在現(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配廠正在被大量地使用。除了常見(jiàn)的搬運(yùn)操作和機(jī)床之間輸送工件外，機(jī)器人應(yīng)用還包括裝配和去毛刺。

二、汽車(chē)零部件

汽車(chē)零部件行業(yè)緊跟汽車(chē)工業(yè)，使用了大量的機(jī)器人。它們使用機(jī)器人技術(shù)作為提升質(zhì)量和生產(chǎn)柔性的手段，以滿足用戶的需求。由于所生產(chǎn)的工件差別很大，機(jī)器人在不同行業(yè)的應(yīng)用也千差萬(wàn)別。在大多數(shù)情況下，機(jī)器人工作站是獨(dú)立的，而不是作為另一個(gè)更大自動(dòng)化系統(tǒng)的部件，因?yàn)樯a(chǎn)一個(gè)完整的組件只需要較少的操作。這些應(yīng)用大概可以分成幾類(lèi)：塑料、金屬加工、電氣和電子，以及裝配。

車(chē)輛上有大量的塑料工件，包括內(nèi)飾件(如儀表盤(pán))和外飾件(如保險(xiǎn)杠門(mén)把手和擾流板等)。在這些工件的生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器人被用于注塑機(jī)下料、清理、水切割、裝配(包括粘接和焊接)和噴涂。金屬加工應(yīng)用包括生產(chǎn)車(chē)身的子部件，以及其他一些大型工件，如排氣系統(tǒng)等。在車(chē)身子部件方面，如懸掛系統(tǒng)，機(jī)器人應(yīng)用包括壓機(jī)上下料，以及點(diǎn)焊和弧焊。弧焊是機(jī)器人在排氣系統(tǒng)制造中的主要應(yīng)用領(lǐng)域，用于組裝排氣系統(tǒng)的各個(gè)工件，如排氣管、法蘭、安裝支架、消音器和催化轉(zhuǎn)化器。需要指出的是汽車(chē)零部件的弧焊作業(yè)主要是在零部件供應(yīng)商處完成而不是在總裝廠。許多機(jī)械工件裝配在一起才能變成汽車(chē)的動(dòng)力部件。這些機(jī)器人應(yīng)用包括機(jī)床上下料、磨削、去毛刺和其他金屬拋光應(yīng)用。類(lèi)似地，車(chē)燈、空調(diào)單元、電子和其他車(chē)內(nèi)子部件由多種機(jī)器人來(lái)完成裝配和測(cè)試。

三、其他領(lǐng)域

近些年，電氣和電子行業(yè)見(jiàn)證了機(jī)器人使用量的大幅增長(zhǎng)。許多專(zhuān)用機(jī)器被使用，例如用于制作印刷電路板的機(jī)器。然而，機(jī)器人被用于印刷電路板的上下料、測(cè)試、裝配更大組件，以及許多其他應(yīng)用領(lǐng)域。電子行業(yè)機(jī)器人快速增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿κ窍M(fèi)電子產(chǎn)品的產(chǎn)量增加，比如手機(jī)和平板電腦等。電子行業(yè)的機(jī)器人主要應(yīng)用在亞洲。

食品工業(yè)一直被認(rèn)為是機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)主要潛在增長(zhǎng)點(diǎn)，主要是因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)包括了大量的手工操作。然后，這個(gè)行業(yè)還沒(méi)有大量使用機(jī)器人，我們?nèi)悦媾R著許多挑戰(zhàn)。首先，這個(gè)行業(yè)的人工費(fèi)用低于其他行業(yè)(比如汽車(chē)行業(yè))，使得自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)性不高。其次，產(chǎn)品往往是有機(jī)物，難以操作。除此之外，產(chǎn)品在尺寸和外形上也不均勻。還有衛(wèi)生管理規(guī)定，特別是那些操作裸露食物的規(guī)定，也對(duì)自動(dòng)化設(shè)備提出了特殊要求，比如沖洗，會(huì)增加設(shè)備成本。最終的目的是建立一個(gè)全自動(dòng)化的食品工廠，能提供更好的衛(wèi)生條件，因?yàn)檫@樣可去除最大的污染源——操作人員。