機械手臂在仿生植物制造工廠的作用

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摘要：人們常常會在各種場合中使用植物進行裝飾，營造舒適美觀、生機勃勃的生活環(huán)境。由于生活節(jié)奏的加快，人們花一些時間養(yǎng)花養(yǎng)草來裝點生活這件事，對于很多人來說有時可能也變成了一種奢望。因上述理由及多方面原因，促進了仿生植物制造業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在，我國做仿生植物的工廠有很多，但大部分仿生植物制造工廠的生產(chǎn)流水線依然主要依靠人工或半人工來完成生產(chǎn)，費時、費力、成本高。我們大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊根據(jù)當前市場需求，設計并研發(fā)機械手臂。利用機械手臂取代人工配合機器生產(chǎn)仿真植物。機械手臂可以取代人工對機器需要的原料進行穿入操作，采用機械手臂不但可以大大提高生產(chǎn)安全，而且也為企業(yè)節(jié)省人員開銷，降低產(chǎn)品成本。目前，我們團隊參與研發(fā)的機械手臂已經(jīng)能夠輔助完成植物根、枝、主干的扦插部分。后續(xù)，我們將對機械手臂進行推廣銷售，并計劃繼續(xù)對機械手臂開發(fā)更多的功能，使其可以完成更多的工作。我們團隊所在工作的目的是為了讓更多的仿生植物制造工廠使用我們的機械手臂產(chǎn)品，促進工廠的生產(chǎn)向著自動化、智能化發(fā)展。

關鍵詞：機械手臂；工業(yè)機器人；仿生植物

1引言

機械手臂是機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的一種自動化機械裝置[1]，其在提高產(chǎn)品的勞動效率上發(fā)揮著重要作用，并且在生產(chǎn)中扮演著舉足輕重的角色。機械手臂雖然已經(jīng)在諸多行業(yè)得到應用，但在仿生植物制造工廠生產(chǎn)中的應用才剛剛起步，我們團隊及時抓住機遇，參與研發(fā)適用于仿生植物制造生產(chǎn)線上第一代和第二代機械手臂，我們團隊已經(jīng)開展推廣銷售工作，初步取得成效，為后續(xù)工作開展做了充分的準備。

2課題的來源及背景

隨著城市化趨勢加速，城市規(guī)模不斷擴大，城市遠離了自然，導致城市生態(tài)環(huán)境日益惡化。城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境的組合，是人與自然的和諧與共融，是科學和藝術的有機結合[2]。造就優(yōu)美的人文景觀，提供綠色的生態(tài)環(huán)境，成為當今社會發(fā)展的一大需求和發(fā)展態(tài)勢[2]。例如長江以北廣大地區(qū)有長達幾個月的枯草期，這期間整個大地盡顯土色，城市景觀單調無生氣[2]。在城市景觀中使用仿生植物，可以美化生態(tài)環(huán)境，迎合時代潮流。生活中，人們追求更高的生活品質，喜歡要用植物去裝飾房子或者辦公場所，但因生活節(jié)奏快、工作壓力大等諸多原因，人們無暇照顧植物，仿生植物恰好解決了這個矛盾。再如婚慶禮儀、商務慶典等大型活動也會使用仿生植物裝飾現(xiàn)場，不但美化現(xiàn)場，而且降低活動成本。可見，仿生植物市場需求前景廣闊。在仿生植物廣闊市場前景的帶動下，制作工廠的市場需求不斷提高。現(xiàn)在，我國做仿生植物的工廠有很多，但大部分仿生植物制造工廠的生產(chǎn)流水線依然主要依靠人工或半人工來完成生產(chǎn)。導致諸多問題：一是產(chǎn)品成本高，二是效率不如機器高。我們團隊成員參與了解決生產(chǎn)過程中穿入操作的第一代以及第二代機械手臂研發(fā)和制作工作。接下來，我們團隊會對機械手臂進行推廣銷售，將機械手臂應用到更多的仿生植物制造工廠生產(chǎn)線上，促進工廠的生產(chǎn)向著自動化、智能化發(fā)展。我們大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊針對后續(xù)推廣銷售工作，制定出詳細的市場營銷方案，確定本項目采用線上與線下相結合的營銷模式進行推廣銷售。在貨源方面，由自家工廠負責生產(chǎn)并提供第二代升級版的機械手臂。在營銷方面，項目組成員充分發(fā)揮電子商務專業(yè)特長進行銷售。線上銷售已經(jīng)開展，開設了淘寶店，注冊了阿里的1688，后續(xù)將在繼續(xù)完善現(xiàn)有營銷手段基礎上，探索更多的新媒體營銷方式，更好地開展線上推廣營銷。線下銷售也已經(jīng)初步開展，主要通過走銷方式推進工作。目前項目組已經(jīng)掌握了大量的線下工廠信息，并已經(jīng)和一部分工廠建立了聯(lián)系，接后續(xù)工作計劃繼續(xù)走訪工廠，與相關負責人就深度合作進行商談。

3機械手臂國內外研究現(xiàn)狀

從德國的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”、美國的《從互聯(lián)網(wǎng)到機器人———美國機器人路線圖》，到韓國的《智能機器人基本計劃（2014－2018）》、日本的《機器人新戰(zhàn)略》，再到我國的《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》，機器人成為世界各國推動產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要切入點[3]。在我國，工業(yè)機器人作為智能裝備產(chǎn)業(yè)的關鍵成員，為我國制造業(yè)轉型升級提供重要的支撐作用[3]。中國早期工業(yè)機器人的研究機構主要集中在幾所重點高校和部分科研院所[4]。2013年，我國躍居全球機器人市場首位，市場前景廣闊，促使更多的企業(yè)投身到機器人研發(fā)工作中，不斷取得不俗成績，中國制造的機器人在全球市場中所占份額不斷擴大[3]。國內工業(yè)機器人研發(fā)和技術創(chuàng)新主力也在不斷向企業(yè)傾斜[3]。機械手臂是工業(yè)機器人最為典型的代表產(chǎn)品，是將機器人理論研究應用到工業(yè)領域的成功案例[5]。機械手臂是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最能體現(xiàn)工業(yè)化和自動化效果的新型裝置之一[5]。將機械手臂應用到工業(yè)生產(chǎn)線上帶來了諸多好處，比如改善了生產(chǎn)勞動條件、提高了生產(chǎn)安全保障、提高了生產(chǎn)效率、提高了產(chǎn)品質量、降低了成本等等[5]。機械手臂廣泛應用在搬運作業(yè)、裝配作業(yè)、噴涂焊接等作業(yè)環(huán)境中[5]，為工廠生產(chǎn)向著自動化、智能化發(fā)展提供助力。

4機械手臂在仿生植物制造工廠的應用

機械手臂在各類工業(yè)領域都有著很好的應用前景。我們團隊結合實際應用場景，利用機械手臂取代人工配合機器生產(chǎn)仿生植物。傳統(tǒng)仿生植物生產(chǎn)中的穿入工作采用人工操作來實現(xiàn)，我們參與研發(fā)的機械手臂可以取代人工對機器需要的原料進行穿入操作。在生產(chǎn)線上使用機械手臂不但可以提高生產(chǎn)安全，而且可以為企業(yè)減少人員開銷，降低產(chǎn)品成本。仿生植物生產(chǎn)線上的機械手臂是利用可編程序控制器進行系統(tǒng)編程，通過向電磁閥發(fā)送電信號，驅動機械手臂的液壓缸，起到運動狀態(tài)。同時考慮到安全問題，在機械手臂的特殊位置上配有感應探頭，只要出現(xiàn)任何故障，機器馬上會自動停止運轉。機械手臂設計合理，采用PLC自動控制，操作直觀、方便、可靠，可動態(tài)了解機器的工作狀態(tài)。各部分均采用氣動裝置，集中可編程控制器，性能可靠穩(wěn)定，100%避免人為事故，操作簡單，維修方便。冷卻系統(tǒng)采用一體化控制。送料系統(tǒng)采用無級調速，可實現(xiàn)定量送料。通過客戶端和云數(shù)據(jù)庫的結合，PLC可以任意改變動作，電磁繼電器依次開始工作。射骨機適用于多種模擬植物，如彩印花葉、花形加熱技術、射骨注射技術等。全自動輸送和輸送，機械自動化程度高。整套射骨機的部件包括：油壓儲糧架、滾絲機氣壓自動夾持器、上料臺或自動上料設備（可選）。操作方式分為手動、半自動和全自動。在調試前對設備和模具進行加工也非常方便。一個工人可以輕松地管理4-6臺機械手臂。它可以大大減少傳統(tǒng)勞動力的數(shù)量。目前，機械手臂已經(jīng)應用到兩家工廠生產(chǎn)線上，運行效果良好。機械手臂整機參考性能如表1所示。

5結束語

機械手臂雖然已經(jīng)在部分行業(yè)得到應用，在仿生植物制造工廠生產(chǎn)線上的應用尚屬比較新的應用領域。我們團隊成員參與研發(fā)了適用于仿生植物制造生產(chǎn)線上第一代和第二代機械手臂以及第二代升級版機械手臂，并介紹機械手臂在仿生植物制造工廠的應用，在生產(chǎn)線上使用機械手臂不但可以提高生產(chǎn)安全，而且可以為企業(yè)降低成本。我們團隊在繼續(xù)開展推廣銷售工作的同時，也指定專門人員繼續(xù)參與下一代機械手臂的研發(fā)工作。首先增加機械手臂的功能，提高機器性能；其次將人工智能技術應用到機械手臂上，更好的實現(xiàn)智能化效果。

參考文獻

[1]機械手臂.電子發(fā)燒友網(wǎng).2019.

[2]高宏偉.從綠化工程中挖商機仿生植物供銷兩旺[J].現(xiàn)代營銷（創(chuàng)富信息版），2003（04）：46.

[3]江蘇省機器人專業(yè)委員會.國內外工業(yè)機器人市場發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析.電子發(fā)燒友網(wǎng)，2019.5.10.

[4]張紅霞.國內外工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究[J].電子世界，2013（12）：5+7.

[5]寧致遠.典型機械手臂研究現(xiàn)狀綜述[J].信息記錄材料，2018，19（03）：4-5.

作者:張釗 顏輝 何雨澤 張娜 孫宏杰 李正坤 單位:長春工程學院