汽車(chē)行業(yè)中機(jī)器人的設(shè)計(jì)和應(yīng)用集中在方法、工具和步驟上，機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展讓工廠(chǎng)的管理者們降低成本，同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量和生產(chǎn)力。另外，特別是在美國(guó)，制造和裝配系統(tǒng)、工廠(chǎng)安全和可靠、實(shí)時(shí)性能的評(píng)估和控制變得異常重要。因?yàn)椋善?chē)機(jī)器人停機(jī)所造成的損失每分鐘可達(dá)5000～10000美元，有的甚至高達(dá)20000美元。
為了滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)中的各種需求，對(duì)于機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線(xiàn)，人們也必須給予更多的關(guān)注。根據(jù)對(duì)美國(guó)
Rockwell自動(dòng)化公司、GM汽車(chē)公司的觀(guān)察分析，這些需求從高到低可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
□ 通過(guò)在機(jī)器人、焊接手臂和安全網(wǎng)絡(luò)中建立單個(gè)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)連接，來(lái)減少機(jī)器人以及機(jī)器人的周邊線(xiàn)束和相關(guān)成本。這將會(huì)帶來(lái)連接到儀器、工作站控制器并接入服務(wù)器的接線(xiàn)數(shù)量大量減少，讓設(shè)計(jì)師們看到成本的降低和生產(chǎn)率的增加。例如，圖1展示了一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人汽車(chē)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，這是帶有一個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)和工作站層面的解決方案，并且聯(lián)網(wǎng)的傳感器滿(mǎn)足了圖中下方列出的大部分需求。正如圖中所示，最高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)需求由車(chē)身車(chē)間的以太網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿(mǎn)足，它連接了各種有效地運(yùn)行數(shù)字工廠(chǎng)所必要的系統(tǒng)管理和生產(chǎn)工具。這一級(jí)下面是線(xiàn)級(jí)，它指的是一系列的機(jī)器人工作站或者歸入線(xiàn)的工作臺(tái)，如在汽車(chē)組裝廠(chǎng)中的一條機(jī)器人焊接生產(chǎn)線(xiàn)。這條線(xiàn)可以由Line ControlNet或者Ethernet來(lái)控制。使用哪種協(xié)議來(lái)控制取決于速度和服務(wù)的需求。在工作站中，考慮到伺服機(jī)器人控制器和周邊設(shè)備、材料傳遞、零件抓取和其他的控制、傳感和可視化通訊等需求，我們找到了ControlLogix-linked Cell ControlNet以及DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。重要的是，這種結(jié)構(gòu)的好處在于ControlLogix的路徑建立了新系統(tǒng)，為現(xiàn)有的工作站和線(xiàn)創(chuàng)造了附加值，并且其他的更改相對(duì)簡(jiǎn)單。
圖1 聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人汽車(chē)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
□ 由于滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)性、機(jī)器人分散過(guò)程數(shù)據(jù)的收集以及機(jī)器人周邊設(shè)備以及焊接手臂的需求，質(zhì)量和生產(chǎn)率將會(huì)得到提高。例如，通過(guò)在控制器和傳感器以及其他數(shù)據(jù)收集儀器之間使用ControlNet和DeviceNet協(xié)議，各種聯(lián)網(wǎng)的儀器都可以使用Ethernet這種更快、更低級(jí)的網(wǎng)絡(luò)。
□ 實(shí)時(shí)性保證了機(jī)器人過(guò)程數(shù)據(jù)、系統(tǒng)健康檢查以及網(wǎng)絡(luò)通訊可以運(yùn)行（包括周期運(yùn)行時(shí)間、空閑時(shí)間、堵塞狀態(tài)、夾取和自動(dòng)工具狀態(tài)等）。這將減少成本，增加安全性，提高生產(chǎn)率。由傳感器控制的零件追溯和建立的日程表支持了網(wǎng)絡(luò)，并且滿(mǎn)足了由客戶(hù)命令驅(qū)動(dòng)的商業(yè)模式，還可以在生產(chǎn)過(guò)程中接受指令。在需要的時(shí)間內(nèi)以及動(dòng)態(tài)變化的市場(chǎng)環(huán)境中，它提供了一種能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)性能評(píng)估和帶有整體式傳感器反饋過(guò)程的控制模式，另外還有為操作員和管理者提供的由實(shí)時(shí)傳感器驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)識(shí)別，特別是3D。 例如，非接觸式測(cè)量固體或者液體的
超聲波傳感器能夠很好地滿(mǎn)足這一需求。超聲波傳感器適用于許多的應(yīng)用場(chǎng)合，其中典型的工業(yè)應(yīng)用包括汽車(chē)、物流、包裝和食品處理。
□ 網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器人、機(jī)器人工作站和工作臺(tái)的編程和配置控制，這會(huì)減少成本、增加產(chǎn)量。
□ 引入柔性化制造/組裝/焊接系統(tǒng)來(lái)降低成本、提高質(zhì)量和生產(chǎn)率。
□ 通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡、實(shí)時(shí)、精益安排和增加并行處理的數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期。
□ 解除耦合的輸送系統(tǒng)，能夠提升柔性和生產(chǎn)率，帶來(lái)更為簡(jiǎn)單的維修。
□ 安全保護(hù)系統(tǒng)保證機(jī)器人工作站/臺(tái)/線(xiàn)不會(huì)因?yàn)橥獠炕蛘吲既皇鹿识C(jī)。
□ 高級(jí)生產(chǎn)力工具的使用，從概念到產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程的集成，包括CAD到車(chē)間級(jí)集成工具、機(jī)器人程序發(fā)生器、實(shí)時(shí)性質(zhì)量保證工具、實(shí)時(shí)性性能評(píng)估和控制工具等變得更好。
從上面列出的需求中可以看出，為了保證汽車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)在高效率下運(yùn)行，我們需要實(shí)時(shí)的控制以及網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字工廠(chǎng)。其中性能分析和機(jī)器人工作站/臺(tái)/線(xiàn)管理基于實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)，資源的配置基于動(dòng)態(tài)的客戶(hù)需求，人和機(jī)器都被授權(quán)根據(jù)需求來(lái)修改動(dòng)作計(jì)劃。圖2為工作中的機(jī)械手。
圖2 工作中的機(jī)械手
降本的同時(shí)提高安全性、質(zhì)量和生產(chǎn)力
如上所述，實(shí)時(shí)性質(zhì)量的保證、過(guò)程監(jiān)視、工作場(chǎng)地的安全是終端用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。因此汽車(chē)和其他重點(diǎn)的制造商們必須引入整體安全計(jì)劃，作為他們?yōu)檎麄€(gè)質(zhì)量管理而努力的一部分。這里將介紹一些新型的汽車(chē)生產(chǎn)中專(zhuān)為各種實(shí)時(shí)性質(zhì)量保證、過(guò)程監(jiān)視和安全目的而設(shè)計(jì)的傳感器。
□ 防熔渣傳感器
汽車(chē)機(jī)器人焊接的環(huán)境對(duì)于附近的傳感器來(lái)說(shuō)是最?lèi)毫拥摹B公司的871P Weld Field Immune（WFI）VersaCube系列的最新版本的傳感器就是為適應(yīng)這種惡劣的焊接環(huán)境而設(shè)計(jì)的。令這些新產(chǎn)品脫穎而出的是它創(chuàng)新的焊接熔渣防護(hù)外殼，可以防止焊接飛濺的熔渣聚集和附著在儀器表面上。還有其它的一些相關(guān)問(wèn)題，包括物理傷害或者將內(nèi)部零件“熔穿”。
一個(gè)非常方便的安裝底座使得WFI VersaCube 產(chǎn)品易于安裝和維修。擁有正常的I/O輸出，以及對(duì)所有金屬相同的探測(cè)距離，無(wú)外殼式WFI VersaCube還擁有35mm探測(cè)距離，超過(guò)了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的25mm。
□ 壓力、溫度和流量開(kāi)關(guān)
AB公司的836E、837E和839E產(chǎn)品的壓力、溫度和流量開(kāi)關(guān)，分別由于新零件的出現(xiàn)而適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境中。它們都是固態(tài)條件下的傳感器，完全替代了現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)上的機(jī)電式壓力和溫度開(kāi)關(guān)。所有的型號(hào)都是304不銹鋼制成，帶304不銹鋼外殼和4位LCD顯示器。全部
壓力傳感器的測(cè)量范圍都是從真空至5800 psi（1psi=6.89kPa）；
流量傳感器能夠測(cè)量液體從0～300 cm/s，氣體0～3000 cm/s；單個(gè)的溫度模塊的測(cè)量范圍從-50～+150℃。每一個(gè)產(chǎn)品都是PNP雙開(kāi)關(guān)輸出，帶有可編程的起始原點(diǎn)，通過(guò)內(nèi)置的編程按鈕或者Windows系統(tǒng)的配置軟件都可以方便地設(shè)定。
未來(lái)的趨勢(shì)
未來(lái)系統(tǒng)將更加依靠安全PES（PLC）、網(wǎng)絡(luò)和集成式儀器來(lái)達(dá)到降低成本和提高性能的目標(biāo)。應(yīng)該引起注意的是，幾乎每一個(gè)汽車(chē)機(jī)器人控制儀器都受到了安全規(guī)范的沖擊（例如，驅(qū)動(dòng)、行動(dòng)控制系統(tǒng)和儀表、I/O、PLC、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、傳感器等）。這是由于集成式的安全解決方案是增效降本的關(guān)鍵。未來(lái)，在技術(shù)方面，傳感器及其網(wǎng)絡(luò)使用的更加智能的感應(yīng)傳送器會(huì)帶來(lái)新的、實(shí)時(shí)性控制的、分散式安全和質(zhì)量意識(shí)的趨勢(shì)。正如SMG（國(guó)際對(duì)象管理集團(tuán)）所定義的那樣，智能傳感器（ST）可能由一個(gè)集成式單元硬件或者軟件儀器構(gòu)成，該儀器由一個(gè)傳感器或者執(zhí)行器單元、一個(gè)微型控制器、通信控制器以及用來(lái)信號(hào)調(diào)節(jié)、校正、診斷和通訊的軟件構(gòu)成。ST通過(guò)界面將服務(wù)傳遞給客戶(hù)。對(duì)ST界面的定義為公用對(duì)象請(qǐng)求代管者體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture），在集散控制系統(tǒng)方面提供了訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)性服務(wù)的界面、診斷和管理界面、配置和設(shè)計(jì)界面的能力。通過(guò)對(duì)各種不同的傳感器界面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這種描述讓I/O編程變得更加簡(jiǎn)單，并且降低了分散式車(chē)用機(jī)器人和其他任務(wù)的控制系統(tǒng)的成本。
