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工业机器人系统集成技术

一般情况下，机器人生产企业所制造的机器人主要由本体和控制两部分组成，并不包括末端执行机构。工业机器人系统集成主要是基于机器人本体和控制系统，通过添加末端执行机构，增设外控系统、传感器等装置设计成可实现不同功能的机器人工作站。工业机器人系统集成技术需要针对终端用户的工艺需求，掌握产品的设计能力，还需要具备丰富的项目实践经验，具备各种行业标准化、自动化装备的开发能力。从机器人产品出发，机器人的制造开发是机器人产业发展的基础，而机器人系统集成则推动了机器人的大规模应用。相对于机器人本体设备商的技术垄断性和高利润率，机器人系统集成应用商壁垒低、利润率低，但占据的市场规模大。机器人系统集成历史的发展可以分为三条路线：欧式、日式和美式。我国的工业机器人系统集成虽然起步较晚，但其发展集合了欧式、日式和美式三种模式，我国智能制造市场全球最大，具备完整的工业产业链。目前，我国的机器人产业正逐步走向成熟，国内既有数量惊人的机器人本体研发与制造企业，又有上万家机器人系统集成应用商。

工业机器人系统集成应用设计主要包括以下步骤：

1）对工作任务进行解析。工作任务明确了机器人工作站系统设计的各项内容，因此必须对工作任务进行明确解析。如果不能对工作任务进行明确解析，机器人外形的选择、工艺软件的应用及工作设备和外部设备的选择等将无法正确开展，系统集成设计将无法取得预期成效，甚至还会造成严重错误。对于工业机器人而言，工作装备担任着执行机构的角色，利用它可以执行各种加工动作，如果缺少了工作装备，机器人将无法进行独立作业。在对工作装备进行选择时，应当根据工作任务来明确工业机器人在作业中的具体操作，如焊接、抛光、码垛等，同时还要能够结合加工产品的具体要求来确定加工工艺的水准。要让机器人全面发挥功效，达到工艺标准，必须对工作装备进行合理的选择和设计。除此之外，机器人选型在机器人工作站集成设计中具有重要地位，需对机器人进行确切选型，这关系到机器人工作站整体的造价成本。

2）合理进行机器人的选型。首先，由于国内外市场出现的不同品牌工业机器人的技术特征都有所差异，因此应当按照工作任务的相关内容，选用合适品牌的工业机器人。其次，要充分结合工作装备、作业对象及工作环境等方面因素，明确机器人的负载量、最大移动范围、防护等级等各项性能指标。最后，确定所需机器人的具体型号。在明确机器人具体型号后，还需要进一步考虑工艺软件、外部设备、端口数量等。在满足工作任务规定要求的前提下，尽可能地选用控制系统更先进、端口数量更多，且配置了工艺软件的工业机器人型号，要为工业机器人预留二次开发的空间。

3）合理选用离线编程软件。当处理比较复杂的工艺时，机器人应用系统就有必要应用离线编程软件。离线编程软件不仅能帮助操作者对机器人的工作路径进行优化调整，同时还能对工艺参数进行科学管理，同时还具备点位示教的功能。通常情况下，离线软件和三维设计建模软件联合应用。

4）合理选用外控系统的核心控制器件。通常情况下，工业机器人的核心控制器主要是可编程控制器（PLC）。当对工艺连续性、加工时间都有很高要求的产品进行加工时，必须充分考虑可编程控制器的I/O延迟是否会对加工工艺带来负面影响。如存在负面影响，需要重新进行嵌入式控制系统的设计。此外，外部设备的通信方式要尽可能使用工业现场总线，这有助于降低外控设备的装配时间，有效提高系统运行的可靠性，节约设备维护成本。在对外控系统进行设计时，须认真考虑安全问题。通常情况下，外控系统涉及的安全问题主要包含操作人员的人身安全、外控设备的运行安全、急停系统及安全光栅等方面。

5）正确装配和调试机器人工作站。在安装机器人工作站时，必须严格遵守相关的施工规范，确保施工质量不会出现问题。在对机器人工作站进行调试时，应当充分考虑各种可能出现的情况，及时发现问题并进行反馈。在安装和调试机器人工作站的过程中，必须高度重视安全问题，严格按照安全操作章程进行安装和调试。

图1-1所示为协作机器人系统集成工作站，用于鸡蛋分拣，图1-2所示为四轴机器人工作站，用于包装袋码垛。