基于工业机器人的自动化生产线研究

摘要：近几年来，随着社会生产力的不断发展，以及科学技术的不断进步，在工业生产过程中，自动化生产线得到了广泛的应用，并在实践中取得了良好的应用成果。通过自动化生产线的布局极大的替代了人工，转变了传统的生产弊端，在提高生产效率的同时提高了经济效益。在自动化生产线应用这一过程中，运用工业机器人实现自动化生产线的布局，是未来自动化生产线的重要发展方向也具有十分重要的探究意义。因此，本文针对基于工业机器人的自动化生产线进行了浅显的研究。

关键词：工业机器人；自动化生产线；研究

引言：

高新技术产业的迅猛发展使得工业自动化生产有了开展的基础和前提，尤其是工业机器人的出现，推动了工业领域的进一步创新。工业机器人和自动化生产线都是当下工业发展中的工业生产技术应用前沿。工业机器人是一种被广泛应用于工业生产的，具有多种关节和多种机械手臂的自由度较高的机器装置，在自动化生产过程中发挥出了较强的优势。通过工业机器人的应用，不仅能够代替传统的重复人力劳动，也能够更好的适应恶劣的生产环境，并且提高生产的效率，保证产品的质量。工业自动化生产线是工业技术发展中通过广泛运用各种自动化控制技术、自动化检测系统以及自动装置等多样化的方式，对生产过程进行全方位的控制、监控、管理的生产流程。通过工业机器人与工业自动化生产线相结合，能够发挥多方面的优势，从而提高生产效率，满足当下社会的发展需要。本文首先针对工业机器人进行了相关概述。

一、工业机器人相关概述

（一）工业机器人

工业机器人实质上是面向工业领域的机器人。从定义上来看，工业机器人是在工业生产过程中装备的一种具有多种关节机械手或者具有较高自由度的机械装置[1]。工业机器人具有较强的自动性，通过自身装置的动力能源和控制系统，实现工业生产线上的加工和制造。早在上世纪50年代末，工业机器人就已经开始投入了工业生产应用中。早期工业机器人以伺服系统为基础，以各种控制系统作为机器人进行生产的装置实现工业生产线上的机器人应用。早期的工业机器人构造相对简单，完成的功能也只是把一些简单的零件搬运到指定的传送带上，缺少必要的交互能力，只能够按照基本程序精确的完成同一种重复动作。

经过几十年的发展，工业机器人已经由最初的单一化操作方式实现了多领域、多功能的共同发展。到2020年仅在我国机器人相关产业的收入就已经突破了1，000亿元。目前，工业机器人已经广泛的应用到汽车生产工业、电子领域、冶金工业、石油化工、轻工业、医疗卫生等行业大类和各个行业中。

（二）工业机器人的主要结构

完善的工业机器人系统，主要包括机器人主体、控制系统和驱动单元组成。机器人的主体部分具有较强的动作功能，这一部分系统能够模拟人体完成各种分拣、放置、抓取等基本操作，并且能够较长时间的重复精准进行这些基本操作。执行机构是工业机器人主体中的重要组成部分，一般情况下主要由手、腕、臂三大部分组成，大多数工业自动化生产线上的工业机器人都有三个以上的自由度，根据生产线上的生产需求，一些复杂的工业机器人自由度能达到7个以上。机器人的自由度越高越能够执行，复杂的操作功能也更加强大，但生产的成本和研发的要求也更高。工业机器人的控制系统，相当于人的中枢神经和大脑控制系统中预先设置好各种程序，对于机构发出相应的指令，命令机器人完成各种各样的操作。而驱动系统相当于人体的经络和骨骼等，通过控制系统发出来的各种操作指令驱动动力单元产生相应的动作，最终完成自动化生产线上的各种操作要求。

（三）工业机器人的特点

首先，工业机器人具有较高的自动化。工业机器人在工业自动化生产线上可以通过自身的动力完成各种复杂且重复的工作，这样的方式能够代替复杂环境下人工生产的任务，从而把人从简单繁重的体力劳动中解放出来，这提高了生产力，也促进了生产效率的提升。工业机器人实际应用的过程中，既可以按照控制系统中预先编写的运行程序进行相应的操作，也可以通过技术人员的手动操作完成各种精准的控制。现代化的工业机器人，更是借助人工智能系统、计算机系统、大数据、物联网等一系列先进的技术，开始向智能化趋势发展。

其次，工业机器人的生产效率就要高。相较于传统的人力生产工业机器人，可以24小时的不间断工作，因此在工业生产的过程中能够更好的替代人工，也能够把人从复杂的劳动中解放出来。当前工业机器人在抛光、焊接、装配、搬运、冲压、喷涂等各个生产流程中得到了广泛的应用。

二、基于工业机器人的自动化生产线实施方案及实践路径

自动化生产线中，根据产品的设计需求以及生产的实际需要，要根据不同的生产线布局相应的工业机器人，并且针对工业机器人设置相应的系统。一般情况下，自动化生产线中的工业机器人主要有以下几种结构和实施方案。

（一）系统结构设计

自动化生产线上的工业机器人是一个较为复杂的联动系统。工业机器人主要包括传感系统、伺服驱动系统、控制系统以及操作系统等基本结构。基本上可以划分为控制中心、本体机械结构以及驱动装置等。在整个工业机器人系统中，控制中心是整个机器人运转的“大脑”，通常会借助计算机的作用，通过计算机终端介质存储整套系统的操作流程，然后下达控制命令，推动机器人运转。机器人系统中的驱动机构主要是由传动系统、动力系统等两大系统组成，根据系统下达的各项指令，完成基本的生产任务[2]。基于自动化生产线的特点，工业机器人也有类人的基本结构。例如工业机器人也像人类那样拥有手臂、臀部，腕部和行走部位。当前，自动化生产线上的工业机器人可以在生产线上执行各类操作，并且能够实现自动化的操作。具体来说，系统结构设计主要包括传感装置、控制器、操作机、网络通信、并联结构等，通过这些系统和结构的共同应用，能够更好的基于自动化生产线构建完善的生产操作系统。

1.传感装置

自动化生产线上的工业机器人传感装置，数量较多，例如有动力传感、视觉场馆以及激光传感等等。通过这些传感器的作用，能够在自动化生产线作业过程中采集各种工业生产信息，针对信息进行反馈从而时编程指令更加合理，更好的控制机器人进行自动化的生产、自动化的定位以及跟踪等等。传感器系统的应用保证了工业机器人的作业能力，也能够具备较好的环境适应性。

2.控制器

自动化生产线上的工业机器人借助数字化技术、互联网络技术以及软件技术等构建完善的控制系统，然后根据控制系统的特点装配相应的控制器，从而使机器人能够更好的提升性能。在工业自动化生产的过程中，针对一些精密仪器和产品的生产能够更好的控制精确度和准度。

3.操作机

工业机器人系统通过仿真设计和有限元分析以及动态模型等各种技术，能够对机器人系统进行优化设计。根据生产线上的不同生产需要。能够使机器人更好的完成各项系统的指令。

4.网络通信

工业机器人借助互联网和通信技术，把机器人和自动化生产线连接成一个整体。机器人在自动生产的过程中能够针对数据进行收集，并且针对数据进行传输。控制系统单元针对传输的数据进行分析，优化生产过程更好的优化机器人系统，从而满足工业生产线生产的需要。

5.并联结构

随着数控技术的进一步发展并联机构也被广泛的应用于工业机器人实践中。通过并联结构工业机器人能够在自动化生产线上提高生产的精度，从而实现精确生产。目前自动化生产线上的并联结构应用较为广泛，并且依托技术的集成化和智能化，实现了机器人在自动化生产线上的深度应用。

（二）控制系统设计与实现

一般来说，工业自动化生产线上的工业机器人主要通过编程实现对机器人的控制。例如在汽车工业自动化生产过程中，针对汽车车架的生产要根据汽车车架生产的流程和生产组织进行设计。首先研究汽车车架的焊接工艺及行业标准。其次，根据汽车车架的设计，确定汽车车架上的焊点数量，选择相应的焊接工艺和焊接标准，根据这些标准选择车架所需要的焊接机器人数量和工位数量，满足焊接工艺标准需求。

以编程为主要控制形式的工业机器人系统设计中编程结构，主要结合机器人的运动轨迹以及工业机器人动作路径进行语言编程。在编程之前，根据工业自动化生产线上的生产以及机器人运动路径进行手动记录，通过对信息的记录，把数据与信息通过编程流程写到程序中来。通过程序的编写，能够使机器人在程序的控制下实现自主移动，自我调节和自我控制。

（三）自动化生产线的操控系统

工业自动化生产过程中，自动化技术以及自动化设备，在应用于机械装置时，主要以设备为核心，结合当下的网络技术、信息技术以及物联网和人工智能技术等实现自动化的生产。一般来说，自动化生产线上的操控系统主要由以下几个方面。

1.远程控制方案

工业自动化生产线上建筑通信技术、传感器技术和自动化技术等，能够有效实现远程操控。在一些工业自动化生产领域中生态环境较为复杂的情况下，就可以通过远程操作控制机器人进行工业生产得以实现[3]。自动化技术借助网络技术和现代信息技术，还能够对整个自动化生产线进行全方位的监控以及检测。通过在线监测等方法能够发现生产过程中可能会出现的问题，并且根据预先编制的方案进行应对，这样能够使工业自动化生产线在完成生产这一项基本任务的同时进行自动化调整保证生产的连续性与稳定性。

2.资源管理系统

在工业自动化生产线中资源管理系统类似于“仓库”，在整个资源管理系统中通过录入企业的制造工艺资源和生产资源，能够使工业生产过程中，技术能够得到持续的更新和提升。在工业自动化生产中，针对机器人应用要不断的积累经验。在这一过程中就可以通过实时收集各项数据，把数据上传到资源管理系统中，借助人工智能技术进行学习与分析，找到工业机器人应用中存在的短板，在此基础上针对这些短板进行针对性的优化，能够使工业机械能更好的适应生产过程，更好的满足工业自动化生产的实际需求。

3.自动柔性管理技术

企业在生产的过程中具有较为复杂的控制以及管理流程。基于这样的自动化生产特点，需要具有柔性自动化技术以及控制一体化技术的支持。自动化柔性控制技术可以借助完善的系统功能和完善的系统结构模型，针对整个生产线实现开放性的控制，并且保障各类数据和信息能够实现无缝衔接。一般来说大部分机器人都能够实现信息输入和信息输出这样的方法，既能够保证系统的可靠性，也能够完成便捷的操作。

三、工业机器人在工业自动化生产中应用的理论前沿与技术发展趋势

自动化生产线上工业机器人运用的目的主要是为了解放繁重的劳动力，实现现代化操控的同时提高生产力。当前，在信息化时代下物联网技术、大数据技术、云计算技术以及各类新的信息技术为工业机器人的发展以及工业自动化生产线的设计提供了更多的技术支持。在不断发展的过程中，工业机器人的应用价值越发的凸显。在未来工业机器人发展的过程中，会更多的关注柔性机器人技术、生肌电控制技术等等通过这些技术的应用，不仅能够促进工业机器人本身的发展，更能够为工业自动化生产过程中增添更多的变化[4]。自动化工业生产线上运用柔性机器人技术能够更好的实现精确的个性化的操作，从而更好的保证生产的精度，提高生产的效率。

工业机器人在自动化工业生产领域中的广泛应用代替了传统的人力操作，把人从复杂的劳动中解放出来。与此同时相较于传统的人力操作机器人与之相比更具有优势。例如在工业自动化生产过程中，可以根据工业生产线上的个性化需求，对机器人进行灵活的改造，这种改造的成本相较于人力资源培训成本更低，因此更具有应用的优势。总的来说，工业机器人在工业自动化生产过程中能够体现出高生产效率、工作范围和面较广且占地面积小等诸多优势，这些优势是推动工业机器人发展的动力，也是工业机器人与工业自动化生产线相结合的重要推动力。

结语：

综上所述，工业自动化生产是当下的工业领域发展趋势。在工业自动化生产线布局过程中，灵活的运用工业机器人进行工业生产，显现出了巨大的应用优势。工业机器人不仅能够代替人力进行繁重且单一的操作，更能够保证生产的效率和控制的精度。在工业机器人应用于工业自动化生产线中要基于工业自动化生产的特点，对工业机器人的控制结构、系统结构等进行全方位的优化设计，这样才能够使工业机器人的优化设计，满足工业自动化生产的需要，提高生产设计应用效果。

参考文献：

[1]田增愿.基于工业机器人的自动化生产线研究[J].科技创新与应用，2019（27）：66-67.

[2]王 瑞.工业机器人在冲压自动化生产线的应用研究[J].山东工业技术，2018（13）：443-445.

[3]徐永梅.探究工业机器人的自动化生产线研究[J].时代汽车，2020（05）：18-19.

[4]姜翠丽.履带工业机器人在自动化生产线的应用[J].湖北农机化，2019（10）：289-290.