工业机器人应用面临四大技术难点

国际金属加工网 2020年03月23日

我国是制造业大国,全球90%的手机、80%的空调和计算机、70%的光伏电池、60%的电视都是中国制造,以工业机器人为代表的的智能装备能够提高生产效率和产品质量,被认为是中国制造业转型升级的重要突破口。但在企业应用上,我国工业机器人还面临着一些问题。

在近日举行的第三届中国(杭州)国际机器人西湖论坛上,中国工程院院士谭建荣指出,企业是机器人应用的重点,从技术上说,当下企业工业机器人在应用中遇到四大难点,分别是运动精确性、作业平稳性、布局多样性、操作易用性。

机器人运动精确性和作业平稳性的问题,或许可以解答为什么有些岗位目前还不适合机器换人。

汽车制造过程中,工业机器人已经在焊接、喷涂等工艺上可以实现完全代替人工,并且可以保证产品质量明显得到提升。但在一些精密零件的制造、加工、组装中,由于机器人操作的精确性和平稳性不够高,这部分工作仍然要依靠人工。富士康作为苹果公司最大的代工厂,曾经多次高调宣布引进机器人来代替人工操作,但机器人的产出效果并不尽人意。2016年,就曾有富士康上的管理层表示,iPhone上组装的螺丝,机器人很难保持这么高的精度,只要没对准,iPhone和机器人都将报废。这反而带来了更大的维护成本。目前富士康的机器人生产精度为0.05毫米,而苹果手机对生产精度的要求是0.02毫米。

要实现机器人的灵巧运动控制,就要确保机器人运动的精确性和操作的平稳型。谭建荣认为,运动精确性问题,从技术上看就是如何实现工业机器人运动学精确建模与求解。使机器人运动具有平稳性,就要进行动力学的分析。因为理论上机器人的关节是一个点,实际上机器人的关节有间隙,运动副间隙引起的冲击与振动会影响机器人工作的平稳性。

工业机器人还面临布局多样性的问题。目前来说,工业机器人应用市场占比较多的行业是汽车(含汽车零部件、整车、汽车电子)、3c电子、金属加工。尤其是3C电子领域,产品更新换代的速度快,对于柔性要求、精度和速度就相对更高,使用工业机器人时就必须考虑如何布局设计快速地适应公司的新产品、新工艺。如果出现机器人不能适应产线调整,或者调试机器人耗费时间过长,甚至完全不匹配新产品的情况,那么引入机器人可能会带来更多成本。归根结底,还是要通过作业流程设计、运动学动力学设计以及它的精确性和平衡性的设计,从而让机器人变得更加柔性化,能够适应不同的产品生产模式。

机器人的操作易用性也是一大问题。机器人的操作、控制开关和日常维护、保养等,所需高等技术人员的工资比不用机器人时普通操作工工资高。即使不考虑成本,由于国内机器人应用人才出现巨大缺口,对专业性的要求也比较高,想聘用到一名合格的工程师也非易事。这也是操作简单、易用性好的示教型机器人深受市场欢迎的原因。谭建荣认为,提高机器人的易用性,需要实现机器人的示教。

虽然我国工业机器人应用仍以汽车产业为主,但在5G技术的带动下,3C电子对工业机器人的需求明显增加,而且朝着小而精、精而快的方向发展。此外,随着食品、仓储、光伏等行业对于自动化率需求的不断提升,这些行业对机器人的需求也在逐步增加。如果这四个问题都能得到解决,无疑能加快工业机器人在制造业中的应用。

(肖滢)

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