汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用進展

任小康（北京汽車制造廠有限公司,河北滄州061100）

汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用進展

任小康
（北京汽車制造廠有限公司,河北滄州061100）

摘要：機器人焊接仿真技術的出現(xiàn)，給工程機械、汽車制造等行業(yè)帶來了巨大的變革，尤其是汽車制造行業(yè)，已然成為目前機器人焊接仿真技術應用最多的領域。本文首先對汽車焊裝機器人仿真技術進行了簡要介紹，然后分析了機器人焊接仿真技術的優(yōu)勢，最后就汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用作了進一步探討。

關鍵詞：汽車焊裝；機器人焊接；仿真技術??

機器人焊接仿真技術在處理程序繁瑣、動作復雜的焊接操作時具有十分明顯的優(yōu)勢，且其具有較高的柔性度，產(chǎn)品適應能力強，可達到產(chǎn)品快速切換的效果。在汽車焊裝中應用機器人焊接仿真技術，可以大大提高企業(yè)的核心競爭力。

1汽車焊裝機器人仿真技術概述

1.1汽車焊裝機器人結構簡介

焊接機器人一般是六軸式結構，具體包括以下部分：1）機座。機座是焊接機器人的基礎部分，具有支撐作用。其中，固定型機器人直接安放在地面上，而移動型機器人需要安設在移動結構上；2）臂部。臂部起到連接機身與手腕的作用，它可以調(diào)整手部的空間位置，輔助機器人進行作業(yè)，同時將各類載荷轉(zhuǎn)移至機座；3）手腕。手腕起到連接手部與手臂的作用，它可以調(diào)整手部的空間方向，同時將手部荷載傳遞至手臂；4）手部。手部是裝載操作機構的部分，機器人的各類焊接作業(yè)都要通過手部來完成。

1.2汽車焊裝機器人焊接仿真的工作流程

以日本松下的焊接機器人為例，該系列機器人大多是示教再現(xiàn)式機器人，示教即通過人工導引、示教盒等方式使機器人完成某種動作，該動作可以被示教程序自動編程并保存在控制系統(tǒng)之中，當運行該程序時，便可使機器人反復再現(xiàn)這一動作。對機器人進行焊接操作的示教以后，機器人可按預先設計好的動作順序來執(zhí)行焊接任務。松下企業(yè)十分注重焊接機器人系統(tǒng)運作的可靠性和安全性，運用當前較為先進的DTPS離線編程仿真軟件，可在計算上對相關參數(shù)及數(shù)據(jù)模型加以修改、設定，從而使機器人更可靠地完成焊接仿真模擬工作。

2機器人焊接仿真技術的優(yōu)勢

制造行業(yè)的焊接動作比較復雜、焊接程序較為繁瑣，加之生產(chǎn)裝置的柔性特征和汽車市場的需求性，在制造行業(yè)引進技術優(yōu)勢明顯的機器人焊接仿真工藝十分有必要。機器人焊接仿真技術的具體優(yōu)勢如下：首先，機器人焊接仿真技術可借助虛擬方式對實際焊機場景進行模擬，克服了運用傳統(tǒng)數(shù)學、理論方法無法對現(xiàn)實問題進行有效分析、判斷的缺陷。其不僅提高了焊接的質(zhì)量和效率，而且最大程度上減少了設計風險，對可能出現(xiàn)的重大經(jīng)濟、技術損失起到了很好的防范作用。其次，機器人焊接仿真技術可充分利用數(shù)字樣機，開展綜合性的模擬焊接實驗，這樣就能大大提高模擬焊接的實效性，并且能夠降低由設計變更與模擬實驗所引起的成本支出。最后，機器人焊接仿真技術可以避免不必要的設計變更，降低焊接次數(shù)，因此能夠有效地縮減交貨付款時間。

3汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用

3.1汽車減振器的焊接方案

在汽車制造領域，機器人焊接仿真技術主要用于完成高性能、長壽命的汽車減振器的設計工作。在確定焊接方案時，需要對顧客需求、焊縫位置以及工件的產(chǎn)量、種類等加以綜合考慮，從而得出最佳設計方案。通常情況下，汽車減振器焊接為機器人CO2焊接工藝，選用雙機器人、雙工位型焊接布局，這樣可以進行雙工位的交叉作業(yè)，且各工位為雙軸變位機構，有利于提高系統(tǒng)運作的安全性、穩(wěn)定性。

3.2焊接系統(tǒng)的仿真模擬

（1）確認機器人操作范圍與焊槍角度。在設計一些焊接程序比較復雜的工件時，不能僅憑操作人員的主觀判定，或隨意編制焊接方案，否則會增加焊機操作的失誤率，使企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟損失?？赏ㄟ^DTPS軟件對機器人的焊接動作進行模擬，在計算機上完成焊槍角度的調(diào)整，并熟悉機器人的焊接動作路線及活動范圍，分析機器人運作時可能遇到的干擾因素，對焊接方案的可靠性做出客觀、真實的評估。然后，在此基礎上，不斷調(diào)整方案設置，對其進行反復優(yōu)化，最終使該方案具有足夠高的穩(wěn)定性與可靠性。

（2）機器人節(jié)拍計算及協(xié)調(diào)模擬。為了妥善處理成本與效率兩者的關系，提高焊接系統(tǒng)的工作效率與水平，可令多臺機器人同步開展作業(yè)，但機器人數(shù)量并非越多越好，在確定機器人的具體數(shù)量時，必須對多方面因素加以統(tǒng)籌考慮?？衫肈TPS軟件，在系統(tǒng)終端完成相關示教編程，并借助軟件的實時監(jiān)控和播放功能，分析各機器人之間操作的協(xié)調(diào)性，確認其是否存在沖突，然后將焊接速率、焊接效率等一一記錄下來。值得注意的是，顧客對于節(jié)拍、效率等參數(shù)通常有較嚴格的要求，因此在進行焊接模擬仿真之前，要事先咨詢客戶對節(jié)拍方面的要求，以防因意見分歧而產(chǎn)生矛盾。此外，有關技術部門應將程序的播放過程錄制下來，并保存相關視頻資料，從而為后期的模擬仿真研究提供參考。

（3）離線編程。通過DTPS仿真模擬軟件在計算機端進行離線焊接程序編制，并將程序輸入、保存到機器人控制系統(tǒng)的存儲單元之中，當需要實際焊接時，可令系統(tǒng)運行該程序，從而提高示教效果。由上述分析不能發(fā)現(xiàn)，在設計多工件的焊接方案時，可利用DTPS離線編程，安排多人分工合作，這樣不僅有利于提高現(xiàn)場資源利用率，縮減示教所需時間，還能有效提升焊接方案的質(zhì)量與效率。運用本系統(tǒng)，可對長度在100~500mm之間的工件焊接方案進行設計，可充分體現(xiàn)離線編程的優(yōu)勢所在。

對于質(zhì)量、精度及一致性較差的厚板工件，應加強現(xiàn)場焊接的跟蹤及監(jiān)控?；贒TPS軟件較為豐富的功能，可在離線編程時植入接觸傳感、電弧傳感等先進功能，并將示教程序?qū)霗C器人的核心控制系統(tǒng)之中。這樣在開展現(xiàn)場焊接時，能夠直接調(diào)出程序并加以演示，從而改善厚板工件的焊接質(zhì)量。

4結論

隨著科技的進步，工業(yè)機器人的性能將更加強大、成本更加低廉，機器人焊接仿真技術的應用也會越來越普及。我國在向汽車制造強國邁進的過程中，必須重視機器人焊接仿真技術的研究和應用，使其在提高焊接質(zhì)量、減小焊接成本、實現(xiàn)焊接自動化方面發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]張超，王琦，姚永剛.基于AC-PID控制器的焊接機器人仿真[J].焊接技術，2013(7).

[2]陳明鑫.汽車焊接仿真中機器人的選型方法介紹[J].汽車工藝與材料，2013(4).

[3]姚翀.工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)行業(yè)的應用[J].硅谷，2014(11).