點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人協(xié)同作業(yè)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

羅愛(ài)華，孫英飛，歐鳳琴

（奇瑞裝備責(zé)任有限公司，蕪湖 241000）

0 引言

機(jī)器人技術(shù)[1]作為先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表和主要技術(shù)手段，在提升企業(yè)技術(shù)水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)等方面具有重大作用。隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)機(jī)器人[2]技術(shù)的進(jìn)步，工作效率越來(lái)越被人重視，以前的單個(gè)點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人單獨(dú)工作已經(jīng)不能滿足人們對(duì)效率的要求，于是為了提高生產(chǎn)效率和優(yōu)化工作節(jié)拍，我們將奇瑞公司自主研發(fā)的QH165點(diǎn)焊機(jī)器人和QH6弧焊機(jī)器人應(yīng)用于奇瑞汽車單工位A15側(cè)圍車門焊接上[3]。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)由QH165點(diǎn)焊機(jī)器人，QH6弧焊機(jī)器人和外部設(shè)備組成。其中QH165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人[4]和QH6公斤弧焊機(jī)器人都由奇瑞汽車公司自主研發(fā)，外部設(shè)備由奇瑞裝備公司設(shè)計(jì)。

1.1.1 奇瑞QH165點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)組成

QH165機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體如圖1所示，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[5]、示教系統(tǒng)、水氣檢測(cè)模塊，焊接控制系統(tǒng)及焊鉗系統(tǒng)。

1.1.2 奇瑞QH6弧焊機(jī)器人系統(tǒng)組成

QH6弧焊機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體如圖2所示，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、示教系統(tǒng)[6]、自動(dòng)送絲系統(tǒng)及焊接電源系統(tǒng)。

1.1.3 外部設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 QH165點(diǎn)焊機(jī)器人本體

圖2 QH6弧焊機(jī)器人本體

外部設(shè)備系統(tǒng)包括PLC控制柜、夾具、夾具導(dǎo)軌系統(tǒng)、安全光幕、安全門和外部按鈕站等。

1.2 機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)

QH165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人及QH6公斤弧焊機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)

2 工藝介紹及控制工作原理

2.1 工藝介紹

為了提高工作效率，奇瑞焊裝一車間A15工位要求點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人同時(shí)對(duì)側(cè)前門或側(cè)后門同時(shí)焊接。QH165點(diǎn)焊機(jī)器人主要對(duì)側(cè)門內(nèi)側(cè)的17個(gè)點(diǎn)進(jìn)行焊接如圖3所示，而QH6弧焊機(jī)器人則是負(fù)責(zé)上下2個(gè)門鉸鏈的焊接如圖4所示，且要求點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人同時(shí)工作。點(diǎn)焊和弧焊兩個(gè)機(jī)器人的工作過(guò)程都由外部PLC控制[7]。

圖3 點(diǎn)焊工件

圖4 弧焊工件

2.2 控制工作原理

點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人，夾具和夾具導(dǎo)軌系統(tǒng)都由外部PLC控制，人機(jī)觸摸屏界面主要用來(lái)設(shè)置參數(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行下只對(duì)按鈕站進(jìn)行操作。

點(diǎn)焊機(jī)器人及其弧焊機(jī)器人有各自獨(dú)立的電氣控制單元，整個(gè)系統(tǒng)由PLC作為控制單元，由PLC來(lái)控制機(jī)器人[8]、夾具和導(dǎo)軌之間的相互動(dòng)作。

圖5 焊接過(guò)程流程圖

人工上完件后，按下“導(dǎo)軌前進(jìn)”按鈕，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到位后，夾具將導(dǎo)軌鎖緊，這時(shí)夾具給PLC一個(gè)到位信號(hào)和車型信號(hào)，此時(shí)PLC判斷點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人是否在Home點(diǎn)、是否滿足安全條件，如果一切條件滿足，點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人就開(kāi)始識(shí)別PLC發(fā)過(guò)來(lái)的車型信號(hào)并調(diào)用相應(yīng)的焊接程，焊接開(kāi)始。當(dāng)兩個(gè)機(jī)器人焊接完成，各自回到自己的Home點(diǎn)，此時(shí)點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人各自給PLC發(fā)出一個(gè)焊接完成信號(hào)，PLC收到兩個(gè)完成信號(hào)后，鎖緊導(dǎo)軌的夾具打開(kāi)，導(dǎo)軌自動(dòng)運(yùn)行到初始位置，夾緊車門夾具打開(kāi)，可以安全下件，整個(gè)焊接過(guò)程完成，等待下一個(gè)循環(huán)如圖5所示。為了生產(chǎn)安全，我們?cè)谏瞎ぜ幇采狭斯饽?，在?qǐng)求進(jìn)入機(jī)器人圍欄處安上了安全門。一旦有人進(jìn)入了危險(xiǎn)區(qū)，PLC檢測(cè)有輸入信號(hào)，觸發(fā)兩個(gè)機(jī)器人，讓兩個(gè)機(jī)器人立刻停止運(yùn)行；如果需要讓機(jī)器人恢復(fù)運(yùn)行，只要障礙物退出危險(xiǎn)區(qū)，按下按鈕站上的“恢復(fù)運(yùn)行”按鈕，兩個(gè)機(jī)器人接著運(yùn)行未運(yùn)行完的程序。

3 干涉區(qū)的界定

圖6 干涉區(qū)的界定

圖7 奇瑞A15焊接工位

將點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人同時(shí)運(yùn)用在一個(gè)工位中最大的難題就是安全問(wèn)題，由于兩個(gè)機(jī)器人同時(shí)在一個(gè)工件上焊接，各自的工作空間非常小，一不小心兩個(gè)機(jī)器人就可能發(fā)生碰撞，在生產(chǎn)過(guò)程中這是我們首先要考慮的問(wèn)題。考慮到安全性干涉的區(qū)界定是必不可少的。在傳統(tǒng)的干涉區(qū)界定中，大部分是利用時(shí)間的先后順序來(lái)解決的，在某個(gè)運(yùn)動(dòng)完成后才允許其他的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，這樣解決干涉問(wèn)題雖然比較可靠但是浪費(fèi)了很多時(shí)間，影響了生產(chǎn)效率，特別是在龐大的汽車工業(yè)焊裝線中，甚至?xí)?yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。在本系統(tǒng)中，我們將這些空間上的干涉問(wèn)題用干涉區(qū)來(lái)描述[9]。根據(jù)A15工位的情況，我們劃分了4塊干涉區(qū)如圖6所示。并要求每個(gè)干涉區(qū)每次最多只允許一個(gè)機(jī)器人進(jìn)入，在劃分干涉區(qū)時(shí)，我們?cè)诳紤]安全的前提下盡量將干涉區(qū)的面積最小，這樣可以保障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間更大，以致優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍。機(jī)器人對(duì)干涉區(qū)的請(qǐng)求都是通過(guò)PLC來(lái)控制的。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)已經(jīng)成功的運(yùn)用到了奇瑞汽車側(cè)門的焊接中，在生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性能和安全性能。焊點(diǎn)和焊縫都達(dá)到了工藝質(zhì)量要求。通過(guò)對(duì)干涉區(qū)的設(shè)定，很好的解決了兩個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間的干涉問(wèn)題，很大程度上提升了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性，即提高了安全性，又優(yōu)化了生產(chǎn)節(jié)拍。

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