汽车智能制造生产线中工业机器人的应用与发展探讨

汽车智能制造生产线中工业机器人的应用与发展探讨

摘要：近年来，我国大部分汽车制造企业将工业机器人的投入使用当作汽车制

造行业智能化的关键之举。工业机器人由几大分工内容组成，具备占地面积小、

可利用程度高的技术优势，可以促进汽车制造行业的工作效率提升。因此被充分

利用到了汽车智能制造生产线的各个领域，例如材料拌匀、车身喷漆、车身焊接

以及车辆组装。文章介绍了工业机器人的应用现状和特点，探讨了工业机器人在

汽车智能制造生产线中的应用。

引言

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。

1 工业机器人的应用现状

工业机器人受到推广的原因

其一，可以减少人工成本的支出。因为汽车制造工作人员的薪酬是随着工

作年限逐步增加的，但是工业机器人的投入几乎是一劳永逸的，这样就可以清晰

对比出二者的经济性质。

其二，工业机器人的工作能力更强，工作范围更广泛。部分工作具有一定

的风险型，利用机器人进行工作可以保证安全。部分工作环境较为恶劣，人体在

这样的环境中进行长期工作，很容易健康超负荷，但是工业机器人就可以避免这

样的现象。同时工业机器人比工作人员更能适应不同性质的工作，一套程序就可

以解决所有的工作难题。

其三，汽车制造生产线的工作千篇一律，工作人员难免产生厌倦心理和懈

怠情绪，这不利于工作的高效率进行。但是工业机器人不会有人类的主观意识，

它只会机械地重复设定好的程序化工作，还能避免人工疏忽造成的工作失误现象。

其四，我国的工业机器人在汽车智能制造生产线上的应用时间不长，还处

于探索和发展阶段，但是已经取得了一定的工作进展，例如可以生产工作的成本

降低，提高制造工作的工作效率和工作质量，提升劳动环境水平等等。同时，工

业机器人在汽车制造行业中的应用，很大程度上也突破了我国传统汽车制造行业

的瓶颈期，促进我国汽车制造行业的智能化发展进程加快。如此可见，工业机器

人比人类更能可靠地完成工作，实现人类双手的解放。

2 工业机器人应用优势

工业机器人可以应用在各种各样的生产活动中，可以是在不同的单品生产

线中，也可以在不同的生产规模中，经常使用在一些柔性生产线上。将工业机器

人应用到这些生产线上，不仅可以提高生产效率，还可以改善工作环境，保证工

人的生命安全。由于工业机器人的工作是非常安全可靠的，还可以减少原材料的

损耗，从源头降低了工业成本。

3 机器人装配的技术特点

使用机器人装配最大的优点就是装配效率高，装配质量稳定，许多简单、

重复的装配任务完全可以由装配机器人来完成。归纳起来，与人工装配相比较机

器人装配主要优点如下：

（1）机器人总体生产效率高，使原来的装配工人从单一、枯燥、繁重的体

力劳动中解放出来；

（2）具有极高的重复定位精度和装配精度。装配质量好，并且稳定；

（3）机器人加速性能好，工作循环时间短，工作节拍紧凑、稳定，操作速

度快；

（4）要改变装配的产品对象和节拍，只要更改末端执行装置等少数硬件及

控制系统的软件就可以了，生产柔性好；

（5）可以代替装配人员到危险的环境下完成装配任务，极大地改善工人的

工作条件。

装配机器人的结构特点

装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备。常用的装配机器人是由操

作机、末端执行装置、控制系统和感觉系统组成，其中操作机的结构类型有水平

关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等，以适合不同的工件生产，企业

要根据需要进行合理选择。由于装配作业的种类繁多，特点各不相同，从装配作

业的统计数字上看，与插装作业相关的作业占装配作业的 85%，如销、轴、电子

元件脚等插入相应的孔，螺钉拧入螺孔等。因此要求装配工业机器人比一般工业

机器人具有较高的运动精度、较高的定位精度以及更好的柔顺性。装配机器人一

方面有较高的刚度，减小运动误差；另一方面则利用不带动力的机构来控制手爪

的运动以补偿其位置误差。装配机器人的工作范围较小，多数都是固定式的，即

使需要移动，也可以固定在轨道上做简单、重复的运动。因此，装配机器人的机

座通常直接连接在固定的基础上。

装配机器人的末端执行装置

装配机器人的末端执行装置是装配机器人重要的机械部件，它能夹持工件，或工具，并可以移动的一种夹具。常见的装配执行器有吸附式、夹钳式、专用式

和组合式，根据夹持需求合理选择。

（1）夹钳式手爪是装配机器人最常用的一类末端执行装置。动力源多采用

气动或伺服电动机驱动，闭环控制传感器可以实现准确控制手爪，并对外部信号

做出准确反应。夹钳式末端执行装置具有重量轻、夹紧力大、反应灵敏、惯性小

等优点。

（2）吸附式末端执行装置部分替代夹钳式手爪夹取轻小零部件，或使用夹

钳式手爪夹取不便的零部件，广泛应用于轻小零部件的装配及一些特殊的装配场合。

（3）组合式末端执行装置是目前比较流行的末端执行装置，在装配作业中

是通过组合获得各单组手爪优势的一类手爪，灵活性较大，多用于机器人需要相

互配合装配的场合，可节约时间、提高放率。

（4）专用式手爪是针对一些特殊装配场合专门设计的末端执行装置。如部

分带有磁力的末端执行装置，可用于螺钉、螺栓的装配。

装配机器人的控制系统

装配机器人具有极高的重复定位精度和较高的装配精度，为了提高生产效率，要求装配机器人比其它机器人有更高的速度和加速度，要求装配机器人不仅

控制精度比其他类型的工业机器人要高，而且控制系统能使机器人获得高速的要求。离线编程技术的应用使机器人通过仿真试验程序实现复杂运动轨迹。由直线

电机及其配套高分辨力编码器组成的驱动单元，使装配机器人比使用普通伺服电