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协作机器人在传统钻加工行业中的应用

辛晓璞 石江川 赵祝娥 2024/4/9 19:35:17

   (常州博瑞电力自动化设备有限公司,江苏 常州 213022)
  
   摘要:协作机器人是工业4.0飞速发展的产物,这种创新型的机器人解决了人类和机器人不能同时在同一空间工作的困扰,其在制造业的使用也越来越普及。相较于传统的工业机器人,协作机器人具有小巧易操作、可与人协调工作等优点,能够满足离散型企业的生产需求。基于此,本文阐述了协作机器人的研究背景,介绍了其在智能制造行业内的应用方向,并以钻削无人工作站为例,深入分研究了协作机器人与钻加工的集成应用,以期为传统加工行业选择协作机器人提供一些建议。
   关键词:协作机器人;智能制造;钻削无人工作站
  
   0.引言
   钻加工是金属加工中的一项重要工艺,在汽车、制造、建筑等领域应用广泛。钻加工产品的品质对加工部件、结果的性能和质量都有决定性的影响,其市场需求巨大且持续发展。随着我国机器人行业的快速进步,逐渐催生出了人机协作技术的应用,由此钻加工行业向着智能化、自动化方向发展,成为制造业转型升级的重要领域之一。本文重点讨论了钻加工设备与协作机器人集成自动加工方案在实践中的应用。
   1.协作机器人的研究背景
   在信息技术革新的推动下,制造业飞速息长,逐渐由传统的生产方式转向了自动化、智能化以及信息化的生产模式。世界各国相继提出了一系列的支持政策与方针,如美国的“工业互联网”计划、德国的“工业 4.0”以及日本发布的“重振制造业”等。我国也于2015年发布《中国制造 2025》,提出了智能化制造的目标[1]。由于制造业智能化建设的飞速发展,传统的手工和机器人生产方式无法满足更高级别的需求,因此有必要寻找更新且更高级的生产方式。协作机器人的出现象征着智能制造行业的一次颠覆性变革,相比较以前只能在固定区域工作的工业机器人,协作机器人能够积极参与到人机交互的复杂作业任务,而人机协作也正是智能制造今后的发展趋势[2]。
   2.协作机器人的应用方向
   协作机器人是指可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人,协作区域即为机器人和人类可以同时工作的区域。该机器人可以在没有隔离护栏的情况下与人共同作业,完成具有高重复性和高精度要求的工作,不局限于工作空间与工位布局[3],应用的方向有以下几种情况:
   (1)供料与取料。在智能制造过程中,还存在必须由人工完成的工作,其中最典型的就是产品供料和取料任务。这项任务主要涉及反复的同一或相同系列动作,对体力的消耗非常大,且给员工带来重大的身体负担。同时,工作的乏味性也会导致不愉快的情绪,导致员工无法集中精力,易引发各种质量问题,进而影响产品生产效率。然而,引入协作机器人进行供料和取料工作能有效减少这些负面影响,并大大降低员工的工作压力。在智能制造领域中,通过协作机器人结合精益化生产线,能够自动拿取传送线上的物料,有利于后续的包装。在进行物料搬运时,我们也可以利用视觉技术,通过视觉系统来获取目标的位置信息,进而指导协作机器人抓取并移动到指定位置。
   (2)辅助生产。产品在生产过程中,最关键的一个环节就是加工,采用对应的技术手段,加工出对应的产品,直接影响产品的质量水平。协作机器人被各大行业广泛采用,比如在电子工业、汽车制造和航空制造等行业中尤为突出。这些机器人能够实施各类操作如打胶、焊接等,并娴熟地在固定轨迹中完成重复的任务。若由员工手动操作,则需要培养相应的高技能人才,尤其是新员工,入职前需要完成各项培训和上岗考试,确保人员具备充足的理论知识和卓越的操作技能。而采用协作机器人可以改善以上问题,同时显著提升生产效率。经过在各个行业中的实地应用和分析,协作机器人在生产过程中的诸多优点显而易见,例如编程速度更快,操作更为方便,大多数员工都能独立完成操作。
   (3)质量检测。除上下料与加工环节之外,协作机器人还能应用到质检工作当中,在提升检测效率的基础上,确保产品的质量。在执行检测时,机器人将全自动地代替人手进行检测,不需要人工操作,检验的主要内容包括对比实体和模型,以及分析检查产品的尺寸偏差等情况。
   (4)包装码垛。产品加工完成后,为保证运输过程中的防护要求,需要对其进行包装与码垛。对于这一动作来说,通常由各类型的环节构成,如收缩包装、纸箱打包等,因而与上下料任务具有相类似的特点,即需要反复进行同一动作,同样给包装人员带来身体上的负担。但应用协作机器人则非常适合,只需要根据包装码垛的需求,设置相应的代码指令,机器人就会自动完成这项工作,并针对环境实际情况,进行自我调节,不会受到人员的打扰[4]。
   3.协作机器人与钻削加工的集成应用
   3.1概述
   传统钻削均由人工采用立式钻床加工,存在效率低、人工(未完,下一页

  

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