机械手臂在仿生植物制造工厂的作用

摘要：人们常常会在各种场合中使用植物进行装饰，营造舒适美观、生机勃勃的生活环境。由于生活节奏的加快，人们花一些时间养花养草来装点生活这件事，对于很多人来说有时可能也变成了一种奢望。因上述理由及多方面原因，促进了仿生植物制造业的发展。现在，我国做仿生植物的工厂有很多，但大部分仿生植物制造工厂的生产流水线依然主要依靠人工或半人工来完成生产，费时、费力、成本高。我们大学生创新创业团队根据当前市场需求，设计并研发机械手臂。利用机械手臂取代人工配合机器生产仿真植物。机械手臂可以取代人工对机器需要的原料进行穿入操作，采用机械手臂不但可以大大提高生产安全，而且也为企业节省人员开销，降低产品成本。目前，我们团队参与研发的机械手臂已经能够辅助完成植物根、枝、主干的扦插部分。后续，我们将对机械手臂进行推广销售，并计划继续对机械手臂开发更多的功能，使其可以完成更多的工作。我们团队所在工作的目的是为了让更多的仿生植物制造工厂使用我们的机械手臂产品，促进工厂的生产向着自动化、智能化发展。

关键词：机械手臂；工业机器人；仿生植物

1引言

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的一种自动化机械装置[1]，其在提高产品的劳动效率上发挥着重要作用，并且在生产中扮演着举足轻重的角色。机械手臂虽然已经在诸多行业得到应用，但在仿生植物制造工厂生产中的应用才刚刚起步，我们团队及时抓住机遇，参与研发适用于仿生植物制造生产线上第一代和第二代机械手臂，我们团队已经开展推广销售工作，初步取得成效，为后续工作开展做了充分的准备。

2课题的来源及背景

随着城市化趋势加速，城市规模不断扩大，城市远离了自然，导致城市生态环境日益恶化。城市绿化是城市生态环境和人居环境的组合，是人与自然的和谐与共融，是科学和艺术的有机结合[2]。造就优美的人文景观，提供绿色的生态环境，成为当今社会发展的一大需求和发展态势[2]。例如长江以北广大地区有长达几个月的枯草期，这期间整个大地尽显土色，城市景观单调无生气[2]。在城市景观中使用仿生植物，可以美化生态环境，迎合时代潮流。生活中，人们追求更高的生活品质，喜欢要用植物去装饰房子或者办公场所，但因生活节奏快、工作压力大等诸多原因，人们无暇照顾植物，仿生植物恰好解决了这个矛盾。再如婚庆礼仪、商务庆典等大型活动也会使用仿生植物装饰现场，不但美化现场，而且降低活动成本。可见，仿生植物市场需求前景广阔。在仿生植物广阔市场前景的带动下，制作工厂的市场需求不断提高。现在，我国做仿生植物的工厂有很多，但大部分仿生植物制造工厂的生产流水线依然主要依靠人工或半人工来完成生产。导致诸多问题：一是产品成本高，二是效率不如机器高。我们团队成员参与了解决生产过程中穿入操作的第一代以及第二代机械手臂研发和制作工作。接下来，我们团队会对机械手臂进行推广销售，将机械手臂应用到更多的仿生植物制造工厂生产线上，促进工厂的生产向着自动化、智能化发展。我们大学生创新创业团队针对后续推广销售工作，制定出详细的市场营销方案，确定本项目采用线上与线下相结合的营销模式进行推广销售。在货源方面，由自家工厂负责生产并提供第二代升级版的机械手臂。在营销方面，项目组成员充分发挥电子商务专业特长进行销售。线上销售已经开展，开设了淘宝店，注册了阿里的1688，后续将在继续完善现有营销手段基础上，探索更多的新媒体营销方式，更好地开展线上推广营销。线下销售也已经初步开展，主要通过走销方式推进工作。目前项目组已经掌握了大量的线下工厂信息，并已经和一部分工厂建立了联系，接后续工作计划继续走访工厂，与相关负责人就深度合作进行商谈。

3机械手臂国内外研究现状

从德国的“工业4.0战略”、美国的《从互联网到机器人———美国机器人路线图》，到韩国的《智能机器人基本计划（2014－2018）》、日本的《机器人新战略》，再到我国的《机器人产业发展规划（2016－2020年）》，机器人成为世界各国推动产业转型升级的重要切入点[3]。在我国，工业机器人作为智能装备产业的关键成员，为我国制造业转型升级提供重要的支撑作用[3]。中国早期工业机器人的研究机构主要集中在几所重点高校和部分科研院所[4]。2013年，我国跃居全球机器人市场首位，市场前景广阔，促使更多的企业投身到机器人研发工作中，不断取得不俗成绩，中国制造的机器人在全球市场中所占份额不断扩大[3]。国内工业机器人研发和技术创新主力也在不断向企业倾斜[3]。机械手臂是工业机器人最为典型的代表产品，是将机器人理论研究应用到工业领域的成功案例[5]。机械手臂是在工业生产环节中最能体现工业化和自动化效果的新型装置之一[5]。将机械手臂应用到工业生产线上带来了诸多好处，比如改善了生产劳动条件、提高了生产安全保障、提高了生产效率、提高了产品质量、降低了成本等等[5]。机械手臂广泛应用在搬运作业、装配作业、喷涂焊接等作业环境中[5]，为工厂生产向着自动化、智能化发展提供助力。

4机械手臂在仿生植物制造工厂的应用

机械手臂在各类工业领域都有着很好的应用前景。我们团队结合实际应用场景，利用机械手臂取代人工配合机器生产仿生植物。传统仿生植物生产中的穿入工作采用人工操作来实现，我们参与研发的机械手臂可以取代人工对机器需要的原料进行穿入操作。在生产线上使用机械手臂不但可以提高生产安全，而且可以为企业减少人员开销，降低产品成本。仿生植物生产线上的机械手臂是利用可编程序控制器进行系统编程，通过向电磁阀发送电信号，驱动机械手臂的液压缸，起到运动状态。同时考虑到安全问题，在机械手臂的特殊位置上配有感应探头，只要出现任何故障，机器马上会自动停止运转。机械手臂设计合理，采用PLC自动控制，操作直观、方便、可靠，可动态了解机器的工作状态。各部分均采用气动装置，集中可编程控制器，性能可靠稳定，100%避免人为事故，操作简单，维修方便。冷却系统采用一体化控制。送料系统采用无级调速，可实现定量送料。通过客户端和云数据库的结合，PLC可以任意改变动作，电磁继电器依次开始工作。射骨机适用于多种模拟植物，如彩印花叶、花形加热技术、射骨注射技术等。全自动输送和输送，机械自动化程度高。整套射骨机的部件包括：油压储粮架、滚丝机气压自动夹持器、上料台或自动上料设备（可选）。操作方式分为手动、半自动和全自动。在调试前对设备和模具进行加工也非常方便。一个工人可以轻松地管理4-6台机械手臂。它可以大大减少传统劳动力的数量。目前，机械手臂已经应用到两家工厂生产线上，运行效果良好。机械手臂整机参考性能如表1所示。

5结束语

机械手臂虽然已经在部分行业得到应用，在仿生植物制造工厂生产线上的应用尚属比较新的应用领域。我们团队成员参与研发了适用于仿生植物制造生产线上第一代和第二代机械手臂以及第二代升级版机械手臂，并介绍机械手臂在仿生植物制造工厂的应用，在生产线上使用机械手臂不但可以提高生产安全，而且可以为企业降低成本。我们团队在继续开展推广销售工作的同时，也指定专门人员继续参与下一代机械手臂的研发工作。首先增加机械手臂的功能，提高机器性能；其次将人工智能技术应用到机械手臂上，更好的实现智能化效果。

参考文献

[1]机械手臂.电子发烧友网.2019.

[2]高宏伟.从绿化工程中挖商机仿生植物供销两旺[J].现代营销（创富信息版），2003（04）：46.

[3]江苏省机器人专业委员会.国内外工业机器人市场发展现状及趋势分析.电子发烧友网，2019.5.10.

[4]张红霞.国内外工业机器人发展现状与趋势研究[J].电子世界，2013（12）：5+7.

[5]宁致远.典型机械手臂研究现状综述[J].信息记录材料，2018，19（03）：4-5.

作者:张钊 颜辉 何雨泽 张娜 孙宏杰 李正坤 单位:长春工程学院