機(jī)器人示教誤差成因分析及消除

劉偉+郭廣磊

摘要：文中對(duì)機(jī)器人示教誤差產(chǎn)生的原因和示教誤差對(duì)焊接產(chǎn)生的影響以及解決辦法進(jìn)行分析和論述。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；示教誤差對(duì)焊接的影響；消除方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）09-0081-02

一、示教再現(xiàn)及示教誤差

（一）示教再現(xiàn)

機(jī)器人的編程類(lèi)型主要有：示教編程、機(jī)器人語(yǔ)言編程與離線編程三種。目前，以示教編程型機(jī)器人最為普遍，它是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人手臂，將焊絲端部（TCP點(diǎn)）的移動(dòng)軌跡以坐標(biāo)點(diǎn)的形式存儲(chǔ)下來(lái)，并生成一個(gè)機(jī)器人焊接作業(yè)程序，該“作業(yè)程序”為一組運(yùn)動(dòng)及輔助功能命令，通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行，機(jī)器人可以重復(fù)地順序執(zhí)行一系列的焊接作業(yè)，這就是示教—再現(xiàn)工作過(guò)程，如圖1所示：

（二）示教誤差及影響

由于焊接機(jī)器人的示教過(guò)程是通過(guò)“眼（觀測(cè)）”→“腦（判斷）”→“手（動(dòng)作）”的配合，因此，示教誤差決定著機(jī)器人程序的編程質(zhì)量和實(shí)用價(jià)值。

示教誤差就是觀測(cè)位置坐標(biāo)點(diǎn)和實(shí)際位置坐標(biāo)點(diǎn)之間的差值。焊接機(jī)器人設(shè)備系統(tǒng)的重復(fù)定位精度通常小于±0.1mm，對(duì)于薄板焊接，焊絲與焊縫的偏離程度不能大于±0.5mm，否則將導(dǎo)致焊偏甚至焊接失敗。例如，馬鞍形工件的焊縫路徑，焊槍角度需要跟隨“相貫線”焊縫位置變化相應(yīng)做出焊槍姿態(tài)的改變，這對(duì)機(jī)器人焊槍姿態(tài)和示教點(diǎn)的準(zhǔn)確度要求很高，稍有誤差就會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷，如圖2所示。

為了保證示教軌跡的準(zhǔn)確性，通常要在100mm的焊縫上示教50個(gè)點(diǎn)，以保證焊接機(jī)器人運(yùn)行平滑及焊縫軌跡的精確。

二、示教誤差類(lèi)別及消除方法

（一）觀測(cè)誤差

人眼的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，眼睛之所以能看見(jiàn)周?chē)母鞣N物體，一是必須有光，二是眼球內(nèi)具有可以成像的構(gòu)造。當(dāng)我們睜開(kāi)眼睛，從周?chē)矬w發(fā)射或反射而來(lái)的光，穿過(guò)瞳孔和晶狀體，聚集在眼睛后面的視網(wǎng)膜上，形成這些物體的圖像，連接視網(wǎng)膜的視神經(jīng)立即把這些信息傳送到大腦，所以，我們就能看到外界物體。眼睛觀測(cè)景物的原理如圖3所示。

眼睛在觀測(cè)物體時(shí)是通過(guò)晶狀體的調(diào)節(jié)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，當(dāng)晶狀體（凸透鏡）放松時(shí)變薄，遠(yuǎn)處來(lái)的光線恰好會(huì)匯聚在視網(wǎng)膜上，眼球可以看清遠(yuǎn)處的物體。當(dāng)晶狀體（凸透鏡）收縮時(shí)變厚，眼球可以看清近處的物體。示教工作中，觀測(cè)誤差主要反映在視距誤差和視角誤差兩方面。

1.視距誤差。結(jié)合編程示教工作，眼睛離工件位置越近、成像越大，焊縫看得越清楚。焊縫離眼睛越遠(yuǎn)，成像越小，越不利于觀察。實(shí)際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)編程示教人員在較遠(yuǎn)的距離觀察示教點(diǎn)的情況，造成視距誤差的產(chǎn)生，致使焊絲偏離焊縫的情況發(fā)生。所以建議眼睛與示教點(diǎn)的最佳觀測(cè)距離為100mm—500mm。

2.視角誤差。人的左、右眼觀看同一位置的物體，如果觀測(cè)的角度不同，在視網(wǎng)膜上形成的像位置并不相同，例如，當(dāng)示教編程人員處于高位向斜下目測(cè)焊絲端部與焊縫位置來(lái)確定示教點(diǎn)，此時(shí)，出現(xiàn)近點(diǎn)（實(shí)際位置點(diǎn)）和遠(yuǎn)點(diǎn)（眼睛觀測(cè)到的位置點(diǎn)），這時(shí)，便產(chǎn)生視角誤差。

所以，對(duì)一個(gè)示教點(diǎn)的確定，一是要近距離觀察，另外，需要前后、左右、上下觀察并修正示教點(diǎn)位置，消除從一個(gè)角度觀察所產(chǎn)生的視角誤差。

（二）方法誤差

1.忽視焊絲干伸長(zhǎng)變化，導(dǎo)致弧長(zhǎng)和焊接電流隨之不斷變化。

2.避免用手掰直焊絲端部的錯(cuò)誤做法，保持焊絲端部處于自然狀態(tài)；注意導(dǎo)電嘴磨損后孔徑擴(kuò)大。

3.焊槍姿態(tài)不對(duì)，調(diào)整正確的焊槍行走角與工作角。

（三）系統(tǒng)誤差

1.工具中心點(diǎn)（TCP）不準(zhǔn)，造成示教誤差。要定期進(jìn)行TCP點(diǎn)校準(zhǔn)，或在工作臺(tái)上設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，定期檢查T(mén)CP點(diǎn)是否偏離。

2.由于撞擊或關(guān)節(jié)部位長(zhǎng)期磨損，機(jī)器人重復(fù)定位精度差超±0.1mm，此時(shí)應(yīng)通知機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)維修。

3.工裝夾具設(shè)計(jì)制作不合格，應(yīng)改進(jìn)工裝夾具或重新設(shè)計(jì)。

（四）工件誤差

上道工序問(wèn)題造成工件的重復(fù)精度不夠。CO2焊接時(shí)，工件的重復(fù)精度大于±0.5mm；TIG焊接時(shí)，工件的重復(fù)精度大于±0.2mm時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊偏。應(yīng)改進(jìn)生產(chǎn)工藝方法，提高工件精度。

（五）其他因素

1.光線不足。在較暗的光線下，瞳孔會(huì)變大，讓更多的光線進(jìn)入眼中；而在明亮光線下，瞳孔變得很小，阻止光線進(jìn)入，起到護(hù)眼作用。所以，示教現(xiàn)場(chǎng)的光線應(yīng)明亮、柔和。

2.身體條件。示教人員身體條件和視力應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)示教要求。

3.身體疲勞。如果晶狀體的肌肉長(zhǎng)時(shí)間處于緊張狀態(tài)，眼部肌肉就會(huì)疲勞，失去調(diào)節(jié)能力，看到的景物就會(huì)模糊。

4.工作態(tài)度。由于工作責(zé)任心不強(qiáng)造成的示教誤差。應(yīng)著力培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、快速、精準(zhǔn)、規(guī)范的職業(yè)素養(yǎng)。

三、總結(jié)

實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)誤差種類(lèi)進(jìn)行分析、判斷和解決。示教誤差成因匯總?cè)鐖D4所示。

綜上所述，焊接機(jī)器人雖然是一種自動(dòng)化程度很高的現(xiàn)代裝備，但它還是要通過(guò)操作人員進(jìn)行示教編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要機(jī)器人操作者不僅要具有應(yīng)用技能，還要具有精益求精的工作責(zé)任感，才能使機(jī)器人設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳九澎，等.機(jī)器人應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]劉偉，等.焊接機(jī)器人基本操作及應(yīng)用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

Robot Teaching Error Cause Analysis and Elimination

LIU Wei，GUO Guang-lei

（ Xiamen Jimei Vocational and Technical Schools，Xiamen，F(xiàn)ujian 361023，China）

Abstract：The causes for the robot teaching and teaching error on the impact of welding and the solution are analyzed and discussed in this paper.

Key words：welding robot；Teach the error influence on welding；elimination method