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工业机器人在汽车制造工业中的应用和发展
2022-12-7  来源:-  作者:-  访问量:

 
   近年来工业机器人的快速发展让汽车制造业实现了高自动化和高效率的生产模式,在一定程度上极大地促进了我国汽车制造业高速发展。本文主要阐述当今我国工业机器人在汽车制造的应用领域和未来发展趋势,主要围绕三个方面展开;一是我国工业机器人在汽车制造领域中的应用,二是客观介绍我国工业机器人在汽车制造阶段中发展的现状,三是阐述我国未来基于汽车制造行业中工业机器人的发展趋势。旨在希望为我国工业机器人应用于汽车制造行业的发展提供更加科学的借鉴,助力我国工业机器人未来更好的适应汽车制造业的发展。

 
  工业机器人在汽车制造中的应用
 
  目前在汽车制造领域中,工业机器人的应用范围极广,常规四大车间(冲压车间、焊装车间、喷涂车间、总装车间)机器人在制造生产线应用率达90%以上,如今我国的汽车制造每年不间断改造转型,能用机器人的均已安装机器人。例如成都领克焊装车间在2022年新增焊装生产线2条以完善焊装车间设备,新车型导入前期的焊装线工位改造涉及新增机器人30台,汽车制造车间运用机器人抓取搬运板件后扣合,机器人点焊、螺柱焊、激光焊、搬运、码垛、装配、喷涂、检测等均由机器人自动完成,机器人的运用使得四大车间的自动化程度大大增加。
 
  焊接
 
  在汽车的焊接生产线流程中,每一条生产线都是由一个小的工位组成。其中焊装车间的四门两盖生产线和下部线、主线都是由细分的工位组成,每个工位一般4-6台机器人协同工作,其中焊接工位是应用最多的、也是分布最广的。随着生产线向前推进,从一开始的前底板、后底板和机舱三大件主拼到中间的上左右A柱、后尾座、左右侧围、四门两盖到最后的天窗形成白车身,其中点焊、补焊占比近60%。随着机器人焊接新技术的不断的进步与发展,机器人在汽车的焊接生产线过程中的应用也越来越广泛,进而焊接中机器人的功能也逐渐变得多样化。车体焊接汽车制造中车体焊接多采用的是点焊与弧焊技术,机器人进行车体焊接之前,需要PLC控制滑橇传输到位后下落完成,然后PLC触发机器人相应车型的程序,机器人便可以开始工作,整个过程无需人工参与。
 
  搬运和码垛
 
  汽车零部件搬运和码垛是汽车制造过程中较为关键的环节之一,传统制造中的搬运和码垛主要是由人工来完成,但是汽车零部件大多体积大且板件易划伤人体皮肤组织,如果依旧由人工搬运,则费时费力,且安全系数较大和极易导致零部件受损。如今应用搬运和码垛工业机器人,能够将此问题解决,机器人可以不休息地工作,有着不仅速度快,而且安全的优势。机器人能够根据设定好的程序自动完成搬运、码垛工作,所以在汽车制造中,应用工业机器人在搬运,不仅可以降低人工成本及安全事件发生几率,另还可以使工作人员工作量减少。
 
  喷涂
 
  汽车喷漆与涂胶过程中,应用工业机器人优势较为明显,不仅能够将涂料均匀的喷洒在车身上,而且可以降低安全事故的发生,喷漆、涂胶速度和质量有效提升。喷漆时主要对车身表面,而涂胶是车身各板件的连接位置。涂胶前需要将相应涂胶设备安装好,包括涂胶机、胶桶的加热温度和胶枪,涂胶机器人根据提前设定好的程序对车身连接位置进行涂胶工作。由于汽车制造车间透风性较差,涂料中的有害气体难以排放,若工人长期处于这种环境中,健康会受到严重的危害。而喷涂机器人可以很好地避免这一点,喷涂机器人能够根据车身形状的不同从而选择不同的喷涂工具,按照预先设定的喷涂程序进行工作。使用喷涂机器人不仅能够保护员工的健康安全,还能加快喷涂速度、避免工作失误,提高喷涂效率。
 
  装配
 
  汽车生产过程中对于汽车装配有专门的装配机器人。相对于普通的工业机器人来说,汽车装配机器人拥有工作精度更高、工作柔性更好、工作范围广、并且能与其他系统配套使用等诸多优点。随着汽车制造业发展程度越来越高,对于汽车安装速度和精度的要求也随之增强,单靠人工装配难以满足生产进度的要求。
 
  汽车装配环节机器人主要应用于零部件快速组装。为了保证汽车装配时更加精准,工作人员要将各种类型的传感器安装至机器人相应位置,例如触觉、视觉等传感器,机器人借助传感器能够准确识别以及抓取需要的零部件,并将这些部件快速安装于指定部位。工业机器人在汽车装配中的应用确保了精密性、稳定性,装配效率大大提高。
 
  质检
 
  汽车制造最后一步为检测环节,检测工业机器人主要应用于汽车出厂之前的检测工作,重点是对汽车零部件尺寸进行检测,同时还会将大量零部件进行有效归类,方便快捷且精准可靠,无需工作人员在检测方面花费大量时间,生产效率大幅度提高了。机器人要进行检测时采用的是视觉传感以及测验控制模板将汽车图像信息准确获取,通过与模型进行比较,进而了解汽车零部件性能,主要对比的内容有零部件实际尺寸和模型间存在的误差,进而判断偏差所处范围,为后续改进提供参数。同时机器人也会对汽车撞击进行检测,对速率调控,进而实现撞击时汽车损伤最小化,保证汽车整体性能的安全可靠性。在完成相应检测并合格以后,汽车才能投放市场出售,保证汽车使用更加安全。
 
  工业机器人在新能源汽车制造阶段中发展的现状
 
  近年来,我国的汽车行业的市场需求提升较快,各种类型的汽车销量增长大幅度提升。目前我国汽车行业正处于快速发展阶段,市场竞争极为激烈,汽车的改革创新变化可谓是日新月异,琳琅满目的各类车型、人性化的配置选择、低成本的资金投入让汽车制造行业也有了新高度的要求。因此,工业机器人在汽车智能制造生产线中被广泛应用,在汽车生产中扮演着装配工、操作工、焊接工等角色,主要应用有焊接、涂胶、弧焊、喷涂等。

  焊接机器人
 
  长期以来,焊接工作经常由人工示教进行,这增加了工人的工作强度,并且焊接的质量参差不齐,严重依赖人的经验,无法适应汽车制造业的飞速发展。焊接机器人可以很好地解决这些问题,它能精准、稳定地实施焊接动作,最大化地减小误差。焊接机器人主要分为点焊和弧焊,点焊机器人安装面积小,工作空间大,在工作过程中能够很好地控制焊接点精度,保证焊接节点的质量;弧焊机器人工序较为复杂,分为起弧、焊接、熄弧等步骤,但是设定好程序之后,这些步骤能够自动完成,实现高效精准焊接。随着机器学习和控制技术的发展,目前焊接自动化正在向完全自主焊接的方向发展,焊接机器人能够利用视觉传感器自主寻找焊缝起点位置、电弧跟踪、自动出送丝等,实现精准地高效焊接。
 
  搬运和码垛机器人
 
  搬运和码垛主要是在冲压车间和焊装车间用的最多,汽车零部件冲压设备将其制造成型后,由我们的机器人进行搬运,搬运到货架上,然后机器人码垛好一车车零件后通过智能小车发往焊装车间,现如今的国内汽车制造厂商大多采用四大家族的机器人,搬运和码垛机器人体型和焊接机器人差不多大,但其抓手根据零部件的大小的不同而不同,有的需要途中自动跟换抓手,所以其配置信号和设备内容往往比较复杂。
 
  喷涂机器人
 
  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。喷漆机器人由于环境等因素影响寿命,相比较焊接、搬运等机器人寿命较短,所以大多厂使用国产机器人,现场工作人员在设定机器人的喷漆程序时对不同车型的参数进行设定,以提高喷漆的全面性和均匀度。喷涂机器人由以下几点优点:一是柔性大、工作范围大大,二是高喷涂质量和材料使用率,三是易于操作和维护、可离线编程,大大的缩短现场调试时间,四是设备利用率高、喷涂机器人的利用率可达90%-95%。
 
  车间应用涂胶机器人进行涂胶作业时会自动识别不同汽车车身的材质和特性,进而自动控制涂胶的形状和厚度,减少涂胶材料的浪费。为了提高车身的密封、防锈蚀性,减轻振动,需要在车身钣金搭接处涂敷密封胶。
 
  装配机器人
 
  汽车智能制造中利用机器人按照既定程序对各项零部件进行组装,使其最终组装成为一个合格的汽车商品。汽车中零部件类型较多,如发动机、仪表盘、空调系统、车门、车身、座椅等,机器人主要依托各类传感器实现识别和区分不同零部件的功能,如视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器等,根据机器人工作需求为其安装合适的传感器,才能支撑其完成精准安装的操作。在汽车的装配环节中通过利用多个机器人进行流水线式操作,能显著提高汽车的装配质量和效率,减少人工装配时可能出现的误差,保障驾驶员的行车安全。
 
  检测机器人
 
  目前世界上车身尺寸检测设备相对比较完善(主要有红外线、蓝光、白光等检测系统),而柔性化的检测技术需完善的车身尺寸检测设备,即满足一定移动轨迹的载体方可实现,其中载体应同时具备位置度及重复定位精度要求。具体项目可依据不同需求可选择不同的工装或设备作为载体,而目前以机器人作为载体是符合车身柔性化制造需求的最佳对象。
 
  传统的车身检测方式由于检测周期长且只能对车身进行抽检。而机器人在线检测技术可以实现非接触、快速等检测优点,不仅能够快速反馈车身尺寸信息,而且也可体现出车身尺寸趋势及重要车身尺寸偏差在线预警功能,能够及时为工艺分析改进提供依据,符合未来车身制造自动化、智能化及高节拍的质量需求。
 
  机器人在汽车生产行业的发展趋势
 
  更加智能化
 
  智能化是工业机器人未来发展大趋势,同时运用云计算以及云存储技术在机器人服务方面的应用会越来越广泛,将机器人与云端高效连接,便可以灵活运用数据中心不同的功能。在不久的将来,工业机器人编程以及示教会变得更加智能,各项功能越来越齐全,不仅可以实现柔性臂、双臂人机协同,而且安全性以及交互性更强。对于汽车生产、制造过程中焊接效率的提升非常有利,降低了误差发生几率,节省了人工成本,提高了生产效率。工业机器人的智能化将预示着,人类能在工业机器人的帮助下,实现更加高效,绿色,智慧的工业生产新阶段。
 
  体积小、精度高
 
  未来的工业机器人相对体积较小,本体精致且节省工作空间的同时生产效率提高。一般机器人的高度大多都不活超过人的高度,这样也就在一定程度上增强了机器人工作的灵活性,从而也就有效的提高了汽车的生产效率。
 
  干涉急停
 
  干涉急停的功能将来必须普及也一定会普及,特别在工业机器人的手动操作过程中,由于操纵者不熟练引起的碰撞或者其他突发状况的发生,一旦发生碰撞,停止生产维护设备和损坏设备造成一定的经济损失,严重的会出现工人安全问题。
 
  基于当前工业机器人的发展现状,我们不难想到未来工业机器人的发展,一定会逐渐向具有干涉急停能力的方向发展。
 
  结语
 
  社会经济水平日益提高,推动了消费市场的发展,人们对于汽车的需求也逐渐提升,这也在很大程度上促进了汽车制造业的发展。当前我国市场经济体系日益完善,汽车制造业作为国民经济增长中的重要力量,发展前景较好,对于工业机器人的需求量也会越来越大,推动了工业机器人由原来的“机器”逐渐向人进化阶段发展,不仅仅是一种特殊设备,更是在关键环节融入了人的思维,实现了相互补充。同时将机器人与传感技术相结合,特别是在视觉融合方法,使工业机器人适应环境变化的能力不断增强。随着机器人技术的成熟与发展,在汽车智能制造中的应用范围不断扩大,已经取得了良好的应用效果。目前机器人在汽车智能制造中主要依托编程技术、仿真技术、通用技术和临床应用技术等多种技术,在汽车零部件搬运、车体焊接、喷漆和涂胶、汽车装配及检测几个方面代替人工进行操作,不仅显著提高了汽车制造的工作效率,而且提高了汽车产品的制造质量,对促进汽车智能制造行业健康发展具有重要意义。





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