汽車行業(yè)中機(jī)器人的設(shè)計和應(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)展讓工廠的管理者們降低成本，同時加強(qiáng)質(zhì)量和生產(chǎn)力。另外，特別是在美國，制造和裝配系統(tǒng)、工廠安全和可靠、實時性能的評估和控制變得異常重要。因為，由汽車機(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。
為了滿足實際生產(chǎn)中的各種需求，對于機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線，人們也必須給予更多的關(guān)注。根據(jù)對美國
Rockwell自動化公司、GM汽車公司的觀察分析，這些需求從高到低可以總結(jié)為以下幾點：
□ 通過在機(jī)器人、焊接手臂和安全網(wǎng)絡(luò)中建立單個數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)連接，來減少機(jī)器人以及機(jī)器人的周邊線束和相關(guān)成本。這將會帶來連接到儀器、工作站控制器并接入服務(wù)器的接線數(shù)量大量減少，讓設(shè)計師們看到成本的降低和生產(chǎn)率的增加。例如，圖1展示了一個聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人汽車焊接生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，這是帶有一個生產(chǎn)線和工作站層面的解決方案，并且聯(lián)網(wǎng)的傳感器滿足了圖中下方列出的大部分需求。正如圖中所示，最高等級的網(wǎng)絡(luò)需求由車身車間的以太網(wǎng)絡(luò)來滿足，它連接了各種有效地運行數(shù)字工廠所必要的系統(tǒng)管理和生產(chǎn)工具。這一級下面是線級，它指的是一系列的機(jī)器人工作站或者歸入線的工作臺，如在汽車組裝廠中的一條機(jī)器人焊接生產(chǎn)線。這條線可以由Line ControlNet或者Ethernet來控制。使用哪種協(xié)議來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)有的工作站和線創(chuàng)造了附加值，并且其他的更改相對簡單。
圖1 聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人汽車焊接生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
□ 由于滿足了實時性、機(jī)器人分散過程數(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)率將會得到提高。例如，通過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、更低級的網(wǎng)絡(luò)。
□ 實時性保證了機(jī)器人過程數(shù)據(jù)、系統(tǒng)健康檢查以及網(wǎng)絡(luò)通訊可以運行（包括周期運行時間、空閑時間、堵塞狀態(tài)、夾取和自動工具狀態(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)，并且滿足了由客戶命令驅(qū)動的商業(yè)模式，還可以在生產(chǎn)過程中接受指令。在需要的時間內(nèi)以及動態(tài)變化的市場環(huán)境中，它提供了一種能夠進(jìn)行實時性能評估和帶有整體式傳感器反饋過程的控制模式，另外還有為操作員和管理者提供的由實時傳感器驅(qū)動的計算機(jī)識別，特別是3D。 例如，非接觸式測量固體或者液體的
超聲波傳感器能夠很好地滿足這一需求。超聲波傳感器適用于許多的應(yīng)用場合，其中典型的工業(yè)應(yīng)用包括汽車、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的編程和配置控制，這會減少成本、增加產(chǎn)量。
□ 引入柔性化制造/組裝/焊接系統(tǒng)來降低成本、提高質(zhì)量和生產(chǎn)率。
□ 通過動態(tài)平衡、實時、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，帶來更為簡單的維修。
□ 安全保護(hù)系統(tǒng)保證機(jī)器人工作站/臺/線不會因為外部或者偶然事故而停機(jī)。
□ 高級生產(chǎn)力工具的使用，從概念到產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的集成，包括CAD到車間級集成工具、機(jī)器人程序發(fā)生器、實時性質(zhì)量保證工具、實時性性能評估和控制工具等變得更好。
從上面列出的需求中可以看出，為了保證汽車機(jī)器人系統(tǒng)在高效率下運行，我們需要實時的控制以及網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字工廠。其中性能分析和機(jī)器人工作站/臺/線管理基于實時性數(shù)據(jù)，資源的配置基于動態(tài)的客戶需求，人和機(jī)器都被授權(quán)根據(jù)需求來修改動作計劃。圖2為工作中的機(jī)械手。
圖2 工作中的機(jī)械手
降本的同時提高安全性、質(zhì)量和生產(chǎn)力
如上所述，實時性質(zhì)量的保證、過程監(jiān)視、工作場地的安全是終端用戶最關(guān)心的問題。因此汽車和其他重點的制造商們必須引入整體安全計劃，作為他們?yōu)檎麄€質(zhì)量管理而努力的一部分。這里將介紹一些新型的汽車生產(chǎn)中專為各種實時性質(zhì)量保證、過程監(jiān)視和安全目的而設(shè)計的傳感器。
□ 防熔渣傳感器
汽車機(jī)器人焊接的環(huán)境對于附近的傳感器來說是最惡劣的。AB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)問題，包括物理傷害或者將內(nèi)部零件“熔穿”。
一個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，以及對所有金屬相同的探測距離，無外殼式WFI VersaCube還擁有35mm探測距離，超過了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的25mm。
□ 壓力、溫度和流量開關(guān)
AB公司的836E、837E和839E產(chǎn)品的壓力、溫度和流量開關(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)線上的機(jī)電式壓力和溫度開關(guān)。所有的型號都是304不銹鋼制成，帶304不銹鋼外殼和4位LCD顯示器。全部
壓力傳感器的測量范圍都是從真空至5800 psi（1psi=6.89kPa）；
流量傳感器能夠測量液體從0～300 cm/s，氣體0～3000 cm/s；單個的溫度模塊的測量范圍從-50～+150℃。每一個產(chǎn)品都是PNP雙開關(guān)輸出，帶有可編程的起始原點，通過內(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。
未來的趨勢
未來系統(tǒng)將更加依靠安全PES（PLC）、網(wǎng)絡(luò)和集成式儀器來達(dá)到降低成本和提高性能的目標(biāo)。應(yīng)該引起注意的是，幾乎每一個汽車機(jī)器人控制儀器都受到了安全規(guī)范的沖擊（例如，驅(qū)動、行動控制系統(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，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)傳送器會帶來新的、實時性控制的、分散式安全和質(zhì)量意識的趨勢。正如SMG（國際對象管理集團(tuán)）所定義的那樣，智能傳感器（ST）可能由一個集成式單元硬件或者軟件儀器構(gòu)成，該儀器由一個傳感器或者執(zhí)行器單元、一個微型控制器、通信控制器以及用來信號調(diào)節(jié)、校正、診斷和通訊的軟件構(gòu)成。ST通過界面將服務(wù)傳遞給客戶。對ST界面的定義為公用對象請求代管者體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture），在集散控制系統(tǒng)方面提供了訪問實時性服務(wù)的界面、診斷和管理界面、配置和設(shè)計界面的能力。通過對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編程變得更加簡單，并且降低了分散式車用機(jī)器人和其他任務(wù)的控制系統(tǒng)的成本。
