機(jī)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(jìn)行裝飾，營造舒適美觀、生機(jī)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(diǎn)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(jìn)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(fèi)時、費(fèi)力、成本高。我們大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)根據(jù)當(dāng)前市場需求，設(shè)計(jì)并研發(fā)機(jī)械手臂。利用機(jī)械手臂取代人工配合機(jī)器生產(chǎn)仿真植物。機(jī)械手臂可以取代人工對機(jī)器需要的原料進(jìn)行穿入操作，采用機(jī)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(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的機(jī)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(jī)械手臂進(jìn)行推廣銷售，并計(jì)劃繼續(xù)對機(jī)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(tuán)隊(duì)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(jī)械手臂產(chǎn)品，促進(jìn)工廠的生產(chǎn)向著自動化、智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂；工業(yè)機(jī)器人；仿生植物

1引言

機(jī)械手臂是機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的一種自動化機(jī)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(jī)械手臂雖然已經(jīng)在諸多行業(yè)得到應(yīng)用，但在仿生植物制造工廠生產(chǎn)中的應(yīng)用才剛剛起步，我們團(tuán)隊(duì)及時抓住機(jī)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(jī)械手臂，我們團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)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(kuò)大，城市遠(yuǎn)離了自然，導(dǎo)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(xué)和藝術(shù)的有機(jī)結(jié)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(dāng)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(dá)幾個月的枯草期，這期間整個大地盡顯土色，城市景觀單調(diào)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(zhì)，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(wù)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(dǎo)致諸多問題：一是產(chǎn)品成本高，二是效率不如機(jī)器高。我們團(tuán)隊(duì)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(jī)械手臂研發(fā)和制作工作。接下來，我們團(tuán)隊(duì)會對機(jī)械手臂進(jìn)行推廣銷售，將機(jī)械手臂應(yīng)用到更多的仿生植物制造工廠生產(chǎn)線上，促進(jìn)工廠的生產(chǎn)向著自動化、智能化發(fā)展。我們大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)針對后續(xù)推廣銷售工作，制定出詳細(xì)的市場營銷方案，確定本項(xiàng)目采用線上與線下相結(jié)合的營銷模式進(jìn)行推廣銷售。在貨源方面，由自家工廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)并提供第二代升級版的機(jī)械手臂。在營銷方面，項(xiàng)目組成員充分發(fā)揮電子商務(wù)專業(yè)特長進(jìn)行銷售。線上銷售已經(jīng)開展，開設(shè)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(chǔ)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(jìn)工作。目前項(xiàng)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(jì)劃繼續(xù)走訪工廠，與相關(guān)負(fù)責(zé)人就深度合作進(jìn)行商談。

3機(jī)械手臂國內(nèi)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(jī)器人———美國機(jī)器人路線圖》，到韓國的《智能機(jī)器人基本計(jì)劃（2014－2018）》、日本的《機(jī)器人新戰(zhàn)略》，再到我國的《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》，機(jī)器人成為世界各國推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要切入點(diǎn)[3]。在我國，工業(yè)機(jī)器人作為智能裝備產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵成員，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供重要的支撐作用[3]。中國早期工業(yè)機(jī)器人的研究機(jī)構(gòu)主要集中在幾所重點(diǎn)高校和部分科研院所[4]。2013年，我國躍居全球機(jī)器人市場首位，市場前景廣闊，促使更多的企業(yè)投身到機(jī)器人研發(fā)工作中，不斷取得不俗成績，中國制造的機(jī)器人在全球市場中所占份額不斷擴(kuò)大[3]。國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新主力也在不斷向企業(yè)傾斜[3]。機(jī)械手臂是工業(yè)機(jī)器人最為典型的代表產(chǎn)品，是將機(jī)器人理論研究應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的成功案例[5]。機(jī)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(jī)械手臂應(yīng)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(zhì)量、降低了成本等等[5]。機(jī)械手臂廣泛應(yīng)用在搬運(yùn)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(jī)械手臂在仿生植物制造工廠的應(yīng)用

機(jī)械手臂在各類工業(yè)領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用前景。我們團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景，利用機(jī)械手臂取代人工配合機(jī)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(shí)現(xiàn)，我們參與研發(fā)的機(jī)械手臂可以取代人工對機(jī)器需要的原料進(jìn)行穿入操作。在生產(chǎn)線上使用機(jī)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(jī)械手臂是利用可編程序控制器進(jìn)行系統(tǒng)編程，通過向電磁閥發(fā)送電信號，驅(qū)動機(jī)械手臂的液壓缸，起到運(yùn)動狀態(tài)。同時考慮到安全問題，在機(jī)械手臂的特殊位置上配有感應(yīng)探頭，只要出現(xiàn)任何故障，機(jī)器馬上會自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)械手臂設(shè)計(jì)合理，采用PLC自動控制，操作直觀、方便、可靠，可動態(tài)了解機(jī)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(diào)速，可實(shí)現(xiàn)定量送料。通過客戶端和云數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，PLC可以任意改變動作，電磁繼電器依次開始工作。射骨機(jī)適用于多種模擬植物，如彩印花葉、花形加熱技術(shù)、射骨注射技術(shù)等。全自動輸送和輸送，機(jī)械自動化程度高。整套射骨機(jī)的部件包括：油壓儲糧架、滾絲機(jī)氣壓自動夾持器、上料臺或自動上料設(shè)備（可選）。操作方式分為手動、半自動和全自動。在調(diào)試前對設(shè)備和模具進(jìn)行加工也非常方便。一個工人可以輕松地管理4-6臺機(jī)械手臂。它可以大大減少傳統(tǒng)勞動力的數(shù)量。目前，機(jī)械手臂已經(jīng)應(yīng)用到兩家工廠生產(chǎn)線上，運(yùn)行效果良好。機(jī)械手臂整機(jī)參考性能如表1所示。

5結(jié)束語

機(jī)械手臂雖然已經(jīng)在部分行業(yè)得到應(yīng)用，在仿生植物制造工廠生產(chǎn)線上的應(yīng)用尚屬比較新的應(yīng)用領(lǐng)域。我們團(tuán)隊(duì)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(jī)械手臂以及第二代升級版機(jī)械手臂，并介紹機(jī)械手臂在仿生植物制造工廠的應(yīng)用，在生產(chǎn)線上使用機(jī)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(tuán)隊(duì)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(jī)械手臂的研發(fā)工作。首先增加機(jī)械手臂的功能，提高機(jī)器性能；其次將人工智能技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械手臂上，更好的實(shí)現(xiàn)智能化效果。

參考文獻(xiàn)

[1]機(jī)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(jī)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(jī)器人專業(yè)委員會.國內(nèi)外工業(yè)機(jī)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(nèi)外工業(yè)機(jī)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(yuǎn).典型機(jī)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(xué)院