工業(yè)機器人與汽車制造業(yè)的發(fā)展1、為什么機器人在汽車制造業(yè)的應用最早最普遍2、工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用1/91為什么機器人在汽車制造業(yè)的應用最早最普遍

在美國，超過60%的工業(yè)機器人用于汽車制造業(yè)，而全世界用于汽車工業(yè)的機器人也已經達到總用量的40%以上，在國內，汽車行業(yè)使用的機器人占據(jù)了半壁江山。作為一種高技術裝備，機器人為什么在汽車制造業(yè)應用最早、最普遍呢？這與汽車制造業(yè)的特點不無關系。1.產量大（需求量大），生產密集2.產品一致性高，操作重復程度高

3.制造流程相對固定，適合生產線的制造形式

2/91為什么機器人在汽車制造業(yè)的應用最早最普遍

焊接和噴漆是最早應用機器人實現(xiàn)自動化的，隨后，在裝配、搬運、監(jiān)測以及機器人零部件生產等方面都引進了機器人技術。

工業(yè)機器人推動了汽車行業(yè)的加速發(fā)展，主要體現(xiàn)在實現(xiàn)高產量，大幅提高汽車整車和零部件的質量和均一性，提高整車裝配技術水平和質量，替代人工完成很多高強度高污染及惡劣環(huán)境的工作，節(jié)省人工和管理成本，實現(xiàn)生產和供應鏈信息化智能化，提升企業(yè)總體效益等等。相比其他行業(yè)，汽車業(yè)對產品質量、精度和組裝的要求高，需要高質量、大規(guī)模生產并替代人工重復勞動。基于同樣的原因，電子業(yè)應用機器人也非常普遍。同時，目前生物醫(yī)藥、食品等領域的工業(yè)機器人應用也越來越多。從這個層面來看，與其說是汽車領域最普遍和最成功地應用了工業(yè)機器人，倒不如說是汽車領域牽引了工業(yè)機器人技術的在其他領域的發(fā)展和應用。

3/92工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用

目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠自動化（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。我國工業(yè)機器人是從20世紀80年代開始起步，經過二十年余年的努力，已經形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。

4/92工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用搬運機器人

汽車車身鈑金件一般使用多臺壓力機經多道沖壓工序加工完成。加工工件時，要求工件在工作臺上具有非常高的定位精度，且需要保證每次上料的一致性和下料的及時性。由于人工上下料此類工件勞動強度高、上料精度不好控制，現(xiàn)在正逐步被工業(yè)機器人或專機進行上下料所取代。工業(yè)機器人具有重復定位精度高，可靠性高，生產柔性化，自動化程度高等突出的優(yōu)勢：與人工相比，能夠大幅度提高生產效率和產品質量；與專機相比，具有可實現(xiàn)生產的柔性化，投資規(guī)模小等特點。

同時，搬運機器人可進行料垛的搬運和碼垛拆垛工作。5/92工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用焊接機器人

焊接車間是機器人使用最多的車間，對國內廠家來說，年產能20萬輛的焊接車間，早期通常使用60-80臺機器人，如奇瑞A3生產線62臺機器人，江淮乘用車79臺機器人。2014年后則大幅度提升，如江鈴小藍二期基地為60臺（年產能10萬輛），吉利寶雞基地采用128臺焊接機器人，廣汽菲克廣州則高達440臺，長城徐水二期基地也是大約300臺。國外比例更高，特斯拉Model3的年產能大約25萬輛，使用大約420個焊接機器人。長安福特杭州廠產能為25萬輛，使用503個日本川崎重工的機器人。寶馬鐵西工廠，年產能30萬輛，使用685個工業(yè)機器人，一汽大眾佛山廠年產能36萬輛，使用842個焊接機器人，效率高達72JPH。廣汽菲克的自動化率最高，達98%。6/92工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用噴涂機器人

噴涂機器人在汽車制造業(yè)中可噴涂形態(tài)復雜的汽車工件，而且生產效率很高，多用于汽車車體的噴涂作業(yè)，如噴漆、噴釉等。

全球提供全套機器人噴涂系統(tǒng)的主要有德國DURR、瑞士ABB、日本Fanuc、法國SAMES和日本川崎。機器人噴涂系統(tǒng)主要包括機器人手臂、移動滑軌、高速靜電旋杯、集中供調漆及其它輔助控制系統(tǒng)，基本上都是針對單一車型定制的。7/92工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用AGV移動機器人

在汽車總裝過程中，機器人的使用還并不是很多，主要設備有地面輸送機、懸掛輸送機、板式輸送機、裝調工具、檢測設備、AGV等。

AGV也被稱為無人搬運車，是一種由計算機控制，自帶動力或動力轉化裝置，裝備有電磁或光學等自動導引裝置并能沿規(guī)定引導路徑自動行駛的輪式移動運輸工具，一般具有安全防護、移載（裝卸）等功能。根據(jù)相關國家標準中的定義，AGV屬于移動機器人的范疇，而非工業(yè)機器人，但由于其結構緊湊、運動路徑靈活、自動化程度高、可靠性強等優(yōu)勢，被廣泛應用與工業(yè)生產流程和物流運輸中的物料搬運流轉。8/9THANKS!9/9沖壓工藝及生產線1、沖壓工藝2、沖壓生產線11/81沖壓工藝

汽車的整個車身在沒有進行涂裝以前可以說就是一堆鋼材，它是由各種各樣的沖壓件焊接而成的，而每一個沖壓件都是由鋼板通過沖壓機床沖壓而成的。沖壓工藝是一種金屬加工方法，沖壓設備對原料（板材、帶材、管材及其他型材）施加壓力，利用模具形狀，使板料產生塑性變形或分離，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的沖壓件。在進行沖壓前，需要把鋼板在切割機上切割出合適的大小，進行簡單的沖孔、切邊后，就會進入真正的沖壓成形工序。12/81沖壓工藝

沖壓工序中的兩大要素是：沖壓機和模具。

一般沖壓機有2000噸、1600噸、1000噸、800噸、500噸噸位的不同型號。不同工件對應不同的模具，把各種各樣的模具裝到沖壓機上就可以沖出不同形狀的工件，模具的質量也直接決定著工件的質量。沖壓大多都是原料先經過清洗涂油，沖壓成形，然后再經過沖孔、切邊、翻邊等等工序，最后形成所需要的工件。

13/82沖壓生產線圖示為典型沖壓生產線的結構，主要包括沖壓機、輸送鏈、清洗涂油設備和工業(yè)機器人。工業(yè)機器人主要完成板料的拆垛以及多個沖壓機間的上下料。經過質量檢測環(huán)節(jié)之后，合格工件被碼放保存。工件的碼放有兩種方式：人工拾料裝箱和機器人搬運碼垛。在給沖壓機上料之前，需通過機器視覺系統(tǒng)對正工件位置，以保證沖壓位置準確。14/82沖壓生產線

在沖壓生產線中，工業(yè)機器人的操作替代了工件線上各工位間的人工搬運，且相關工序之間不需要再設置半成品存放區(qū)，減少了半成品流轉之間的磕碰率，使車間現(xiàn)場更加井然有序。15/82沖壓生產線圖示為完成沖壓的工件被機器人從模具上取下，即將被搬運至下一工位。16/82沖壓生產線圖示為工人對下線沖壓件進行人工檢測。17/8THANKS!18/8工業(yè)機器人集成系統(tǒng)的組成1、集成系統(tǒng)組成1.1工裝夾具1.2輸送裝置

2、集成系統(tǒng)型式20/81集成系統(tǒng)組成

工業(yè)機器人集成系統(tǒng)是工業(yè)機器人與協(xié)同單元（例如傳感器、末端執(zhí)行器、輸送裝置、工裝夾具、機器人外部軸、安全保護裝置等）配合，利用通信技術實現(xiàn)各單元間的信息傳遞和流程控制，將各個獨立的小單元結合成的完整的、能夠實現(xiàn)特定功能的系統(tǒng)。21/81.1工裝夾具

工裝工裝即工藝裝備，指制造過程中所用的各種工具的總稱。包括刀具/夾具/模具/量具/檢具/輔具/鉗工工具等。工裝為其通用簡稱。工裝分為專用工裝/通用工裝/標準工裝(類似于標準件)

。夾具是用以裝夾工件(或引導刀具)的裝置。夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。

夾具又稱卡具，從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具，例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。圖示為焊接夾具。22/81.1輸送裝置

輸送裝置是生產中應用于物料、產品輸送的設備。在企業(yè)生產中最為常見的的輸送裝置有以下五種。1、皮帶輸送線：皮帶輸送線是我們常見的一種生產設備，應用范圍也比較廣泛，在食品、電子、包裝、化工等行業(yè)都有應用。2、滾筒輸送線：滾筒輸送線又可分為無動力和動力兩種輸送形式，在包裝行業(yè)應用廣泛，同時也會在一些其他生產設備中用于輔助輸送。

23/81.1輸送裝置3、鏈板輸送線：鏈板輸送線是以金屬板為輸送鏈，可以承載大宗、較重的物品，因此，鏈板輸送線比較適合應用于重工業(yè)生產，如汽車制造、電視機生產等。4、網(wǎng)帶輸送線：網(wǎng)帶輸送線是以金屬網(wǎng)為輸送載體的流水線設備，常用于產品的烘干。5、懸掛輸送線：懸掛輸送線就是懸掛鏈輸送線，以懸掛的方式完成產品的輸送，常與鏈板輸送線一起應用于汽車制造等行業(yè)。

24/82集成系統(tǒng)型式

根據(jù)生產的組織形式不同，工業(yè)機器人集成系統(tǒng)大致可分為工作站和生產線兩類。

工作站通常指的是包含一臺或多臺機器人的，在某一固定的空間區(qū)域內可以完成指定工序動作的集成系統(tǒng)設備。

25/82集成系統(tǒng)型式

生產線大多是由輸送裝置將一組制造設備或工作站按照工藝順序聯(lián)結起來的流動式集成系統(tǒng)設備，能夠自動順序完成產品全部或部分制造過程。26/8THANKS!27/8機器人外部軸機器人外部軸

當僅靠機器人的動作范圍還達不到使用要求的位姿時，可以考慮通過增加輔助設備來配合機器人聯(lián)動，以達到所要求的位姿，這些輔助設備就叫做外部軸。滑軌是最常見的外部軸，可線性擴展工業(yè)機器人本體的工作范圍；焊接工藝中常使用的變位機也可作為機器人的外部軸使用，實現(xiàn)復雜焊接。29/4機器人外部軸

在為工業(yè)機器人擴展外部軸時，需要先將其配置到工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中（目前主流品牌工業(yè)機器人都配有外部軸擴展的硬件/軟件接口），才能使用機器人示教器對本體軸和外部軸同時編程進行聯(lián)控。30/4機器人外部軸

在機器人應用領域，滑軌除了作為外部軸使用，還有另外一種依靠PLC控制的使用形式。這種形式也可以擴展工業(yè)機器人的工作范圍，與外部軸形式的區(qū)別在于無法與機器人本體軸聯(lián)動，滑軌帶動機器人滑動時需要保證機器人處于安全位姿（滑動過程中不會出現(xiàn)碰撞）。31/4THANKS!32/4認識AGV1、自動導引車（AGV）2、AGV的工作原理及組成3、AGV的引導方式4、AGV的定位方法34/161自動導引車（AGV）

自動導引車(AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV)是一種以電池為動力，裝有非接觸式導向裝置的無人駕駛自動運輸車。其主要功能是：在計算機控制下，通過復雜的路徑將物料按一定的停位精度輸送到指定的位置上。從20世紀50年代中期，Barret公司設計出無人駕駛卡車，也就是AGV的最早雛形。到70年代，AGV作為生產組成部分進入了生產系統(tǒng)，AGV廣泛應用于汽車制造、機械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉儲、運輸業(yè)和商業(yè)上。近年來，自動化技術呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，國內自動化立體倉庫和自動化柔性裝配線進入發(fā)展與普及階段。其中，在自動倉庫與生產車間之間，各工位之間，各段輸送線之間，AGV起了無可替代的重要作用，與傳統(tǒng)的傳送輥道或傳送帶相比，AGV輸送路線具有施工簡單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動性、柔性等優(yōu)點。

35/161自動導引車（AGV）36/162AGV的工作原理及組成

AGV以可充電蓄電池為動力來源，裝備電磁感應傳感器，沿固定的、鋪設在地板上的電流軌道進行移動，通過上位組態(tài)軟件、PLC和鋪設在地面的地標信息，實施啟動、停止、拐彎等動作。AGV的結構主要包含：車體、感應裝置、動力裝置、驅動裝置、轉向裝置、導引裝置、移載機構、控制系統(tǒng)等。1、車體車體主要包含車架、車身箱體等機械承載結構或防撞結構。車架通常為焊接鋼架結構，用于安裝和固定驅動裝置、轉向裝置以及識別路徑的感應裝置。2、動力裝置動力裝置為AGV上驅動電機及通信設備等所有用電設備供電，包括蓄電池（目前常見的AGV為電力驅動）及充電系統(tǒng)。

37/162AGV的工作原理及組成

3、驅動裝置驅動裝置是驅動AGV運行，可合理控制速度和制動的系統(tǒng)，包括電機、驅動器、減速機、制動器、車輪等部件，與電動汽車的驅動系統(tǒng)類似。驅動方式可以分為：單輪驅動（單向運動）、差速驅動（雙向運動）和全驅動（橫向、縱向、斜向及回轉運動）。4、轉向裝置轉向裝置控制AGV行進方向。對應三種驅動方式，轉向裝置分為以下三種型式。(1)鉸軸轉向型車體的前部有一個轉向驅動車輪，后部為兩個自由轉動輪，車體由前輪驅動實現(xiàn)向前單向行駛。其結構簡單、成本低，但定位精度不高。38/162AGV的工作原理及組成

(2)差速轉向型車體的中部有兩個驅動輪，前后部各有一組自由轉動輪。通過控制中部兩個輪的速度比可實現(xiàn)車體的轉向（如圖所示當兩輪速度關系為V1>V2時，車體沿底視視角的逆時針轉向），切換驅動裝置的輸出轉向可實現(xiàn)向前后雙向行駛。這種方式結構簡單，定位精度較高。(3)全輪轉向型車體的前后部各有兩個驅動和轉向一體化車輪，可實現(xiàn)沿縱向、橫向、斜向和回轉方向的靈活行駛（圖示實現(xiàn)斜向行駛），但控制算法比較復雜。39/162AGV的工作原理及組成

5、引導裝置導引裝置的作用就是為AGV“導航”，主要包括電磁導引、直接坐標導引、光學導引、磁帶導引、激光導引、慣性導引、GPS導引、圖像識別導引等方式，根據(jù)路徑是否固定又可以分為預定路徑方式和非預定路徑方式。6、移載機構移載機構用于物料的裝卸，安裝于車體之上。常見的AGV裝卸方式可分為被動裝卸和主動裝卸兩種。7、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包含上位調度系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)的層次與我們常使用的軟件叫車服務系統(tǒng)十分相似，用戶通過軟件發(fā)送用車需求（上位調度），軟件通過GPS識別最優(yōu)車輛并派遣（地面控制），車輛根據(jù)導航到達用戶指定位置（車載控制）。40/163AGV的引導方式所謂AGV導引方式是指決定其運行方向和路徑的方式。它不同于前面所說的一般通信。常用的導引方式分兩大類：車外預定路徑方式和非預定路徑方式。

車外預定路徑導引方式是指在行駛的路徑上設置導引用的信息媒介物，AGV通過檢測出它的信息而得到導向的導引方式，如電磁導引、光學導引、磁帶導引(又稱磁性導引)等。非預定路徑(自由路徑)導引方式其一是指在AGV上儲存著布局上的尺寸坐標，通過識別車體當前方位來自主地決定行駛路徑的導引方式，又稱車上軟件一編程路徑方式；其二是指激光導引。41/163AGV的引導方式磁帶導引1)反射式導向。這種引導方式是在地面上連續(xù)鋪設一條用發(fā)光材料制作的帶子，或者用發(fā)光涂料涂抹在規(guī)定的運行路線上，在車輛的底部裝有檢測反射光傳感器，通過偏差測定裝置到驅動轉向電機來不斷調整車輛前進的方向。2)磁性式導向。是在地面上連續(xù)鋪設一條金屬磁帶，而在車輛上裝有磁性傳感器，檢測磁帶的磁場，通過磁場偏差測定控制驅動轉向電機來調整車輛行駛方向。

42/163AGV的引導方式電磁感應導引電磁感應引導是目前AGV采用最廣泛的一種導引方式。一般需要在地面開槽埋設電纜，接通低壓、低頻信號，在電線周圍產生磁場。車上需安裝有兩個感應線圈，并使其分別位于此導引線的兩側。導向線中電流約為200～300mA，頻率為2kHz～35kHz。，當高頻電流流經導線時，導線周圍產生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。43/163AGV的引導方式視覺導引視覺引導是在所經路徑上斷續(xù)地設有若干引導標志或反射板，小車據(jù)此自動識別和判斷路徑。引導的標志除條形碼外，還可用圓形、方形、箭頭等圖形。視覺引導式AGV是正在快速發(fā)展和成熟的AGV，該種AGV上裝有CCD攝像機和傳感器，在車載計算機中設置有AGV行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫。AGV行駛過程中，攝像機動態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，從而確定當前位置并對下一步行駛做出決策。44/163AGV的引導方式激光引導該種AGV上安裝有可旋轉的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數(shù)字地圖進行對比來校正方位，從而實現(xiàn)自動搬運。依據(jù)同樣的引導原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器、或超聲波發(fā)射器，則激光引導式AGV可以變?yōu)榧t外引導式AGV和超聲波引導式AGV。45/163AGV的定位方法為了保證定位的精度與可靠性