智能弧焊機(jī)器人在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用探討

摘要：汽車在生活中的普及率日漸提升，人們對(duì)于汽車生產(chǎn)線的精細(xì)化操作要求也越來越高。由于弧焊機(jī)器人在汽車生產(chǎn)過程中存在精密、可控性強(qiáng)、高速作業(yè)和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，智能弧焊機(jī)器人逐漸受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。本文從智能弧焊機(jī)器人在汽車生產(chǎn)過程中的優(yōu)勢和發(fā)展前景進(jìn)行分析，幫助讀者對(duì)智能弧焊機(jī)器人加以了解。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人;弧焊機(jī)器人;汽車生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：U468.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

汽車領(lǐng)域的飛速發(fā)展帶動(dòng)了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求，針對(duì)不同的汽車生產(chǎn)要求，需制作不同自由度的機(jī)器人來適應(yīng)各工種的作業(yè)要求?；『讣夹g(shù)在汽車生產(chǎn)過程中的重要性不言而喻，它也是現(xiàn)代焊接技術(shù)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，涵蓋范圍極廣，幾乎貫穿焊接生產(chǎn)所有領(lǐng)域。弧焊機(jī)器人能夠更快更好地完成這一項(xiàng)重要工作，具有明顯優(yōu)勢。

弧焊機(jī)器人可分為熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)，其在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)擁有效率高、質(zhì)量高、穩(wěn)定性高、可長時(shí)間作業(yè)和智能化等優(yōu)勢，企業(yè)和工廠利用率較高。本文主要介紹弧焊機(jī)器人的應(yīng)用，即通過相應(yīng)的算法，在指令系統(tǒng)的控制下按照指定的軌跡和工藝需求實(shí)現(xiàn)空間焊縫。

1 弧焊機(jī)器人概述

弧焊機(jī)器人是由上位機(jī)解析采集到的傳感器信息，結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的閉環(huán)控制，并通過遠(yuǎn)程遙控裝置和上位機(jī)界面，由操作人員利用示教再現(xiàn)操控記錄機(jī)器人的路徑信息，以便于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人的當(dāng)前位置、姿態(tài)和運(yùn)行狀況，以便隨時(shí)查看生產(chǎn)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

弧焊機(jī)器人現(xiàn)如今已經(jīng)成為焊接過程中高質(zhì)量的保證，在汽車制造過程中被廣泛使用。弧焊機(jī)器人的焊接位置主要應(yīng)用位置有導(dǎo)軌、拖拽架、消音器、汽車底盤及液力變矩器等[1-3]。

2 弧焊機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成

弧焊機(jī)器人的構(gòu)成主要包括機(jī)器人本體、焊接裝置、機(jī)器人控制柜、示教再現(xiàn)控制、變位機(jī)、焊接工裝夾具和安全保護(hù)設(shè)施等部分。

2.1 機(jī)器人本體部分

機(jī)器人本體在機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制下各關(guān)節(jié)到達(dá)指定的坐標(biāo)點(diǎn)，傳感器檢測相應(yīng)的坐標(biāo)信息，將反饋信息傳遞給控制系統(tǒng)，解析機(jī)械臂的位置與姿態(tài)是否到達(dá)相應(yīng)位置，確認(rèn)無誤后進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)流程。弧焊機(jī)器人具有靈敏性高、運(yùn)動(dòng)區(qū)域廣、反應(yīng)快和持久度高等優(yōu)點(diǎn)，還可智能評(píng)估負(fù)荷變化以切換模式，有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)中的因操作不當(dāng)造成的撞擊損傷，極大提高了焊接質(zhì)量和效率。

系統(tǒng)控制主要是通過遠(yuǎn)程遙控裝置和機(jī)器人控制柜聯(lián)合控制來實(shí)現(xiàn)作業(yè)應(yīng)用要求。焊接任務(wù)的完成需要上位機(jī)接收動(dòng)作指令，解析具體的命令下發(fā)到機(jī)器人控制柜，控制機(jī)械臂的具體動(dòng)作，并實(shí)時(shí)檢測反饋動(dòng)作信息，以確保動(dòng)作的準(zhǔn)確性，控制焊接過程順利實(shí)施。作業(yè)完成或遇突發(fā)狀況需通過復(fù)位功能鍵控制機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)回到設(shè)定的原始狀態(tài)[4]。

系統(tǒng)控制需要借助示教再現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)，主要是采用遠(yuǎn)程遙控裝置來遠(yuǎn)程遙控示教，由控制系統(tǒng)存儲(chǔ)示教信息，然后根據(jù)作業(yè)要求再現(xiàn)存儲(chǔ)信息，并向機(jī)器人發(fā)送重復(fù)動(dòng)作的命令記錄當(dāng)前各個(gè)關(guān)節(jié)的位置，從而在正常生產(chǎn)過程中能準(zhǔn)確進(jìn)行弧焊作業(yè)。

2.2 焊接裝置部分

焊接裝置包括焊槍、焊接工裝夾具、送絲機(jī)、防碰撞傳感器、水冷裝置、清槍系統(tǒng)工具、變位機(jī)和焊接電源等。設(shè)備選擇根據(jù)焊接工藝要求進(jìn)行變動(dòng)，為了焊接的可靠性，機(jī)器人需根據(jù)需求對(duì)焊接參數(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，以修正運(yùn)動(dòng)軌跡的偏差，使持焊槍和工件的相對(duì)姿態(tài)滿足焊接工藝的要求。

變位機(jī)的使用主要用于針對(duì)焊接過程中材料尺寸大于預(yù)估和材料形狀復(fù)雜等情況。這種情況中，機(jī)器人無法精準(zhǔn)焊接或者焊接難度較大，此時(shí)機(jī)器人的變位就需要變位機(jī)來完成。此外，為了能讓機(jī)器人快速轉(zhuǎn)換工位以提高生產(chǎn)效率，變位機(jī)也會(huì)發(fā)揮其應(yīng)有的作用[5-6]。變?yōu)閯?dòng)作多為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，可提高機(jī)器人利用效率、完成復(fù)雜任務(wù)以及更精準(zhǔn)靈活完成焊接，這樣還可以縮短更換周期，減少企業(yè)的設(shè)備投資金額，增加利益。

焊接工裝夾具的設(shè)計(jì)形式多種多樣，目的是為了滿足不同的焊接要求。焊接工裝夾具需要結(jié)合變位機(jī)和機(jī)器人等來達(dá)到焊接的精準(zhǔn)性，保證作業(yè)順利完成。夾具設(shè)計(jì)需要考慮工件夾裝尺寸的一致性，以此使得工件滿足圖樣的尺寸要求和符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 安全設(shè)施

弧焊機(jī)器人在焊接工作過程中運(yùn)作速度很快，工作人員若此時(shí)進(jìn)入活動(dòng)區(qū)會(huì)有極大的危險(xiǎn)性。因此，完備的安全設(shè)施在弧焊機(jī)器人作業(yè)過程中就顯得極為重要。加裝智能檢測系統(tǒng)和采用整體封閉或者設(shè)置安全圍欄等安全設(shè)施，可以有效防止意外發(fā)生。

3 弧焊機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

3.1 焊接質(zhì)量大大提升

弧焊機(jī)器人的使用減少人為控制因素，由人為因素引起的不定向影響也相應(yīng)減輕。參數(shù)恒定的優(yōu)勢下，工人操作技術(shù)的要求也有所降低?；『笝C(jī)器人可以及時(shí)更改相應(yīng)參數(shù)以滿足焊接條件，提高焊接質(zhì)量。焊接焊縫質(zhì)量的提升還讓后期涂裝噴涂效果更為優(yōu)質(zhì)。

3.2 生產(chǎn)線效率極大提高

機(jī)器人變位機(jī)的配合使用可以一次性完成所有傳統(tǒng)制造過程中，需要多次轉(zhuǎn)換工位的焊縫焊接，快速精準(zhǔn)，極大提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率[7]。

3.3 產(chǎn)品生產(chǎn)周期固定

因弧焊機(jī)器人工作過程中參數(shù)恒定，工作模式基本穩(wěn)定，故而生產(chǎn)周期固定，更易于進(jìn)行生產(chǎn)安排。生產(chǎn)周期縮短不僅會(huì)提升整個(gè)生產(chǎn)效率和提升購買方滿意度，還會(huì)使生產(chǎn)企業(yè)能夠根據(jù)訂單，靈活控制生產(chǎn)數(shù)量和規(guī)模，減少產(chǎn)品堆積。

3.4 工人勞動(dòng)環(huán)境得到有效改善

弧焊機(jī)器人工作時(shí)，工人不需要進(jìn)行過多的干預(yù)，只需要裝卸器具，按照固定需求操作按鈕，其余全程自動(dòng)化。而傳統(tǒng)模式中的強(qiáng)光、煙塵和焊接弧光都得到有效避免，工人的勞動(dòng)環(huán)境得到改善。同時(shí)，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)使得工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低，提升了勞動(dòng)者工作積極性。

3.5 新產(chǎn)品投入生產(chǎn)的周期縮短

使用弧焊機(jī)器人可以使生產(chǎn)高效化，工人操作簡單，只需改變參數(shù)、更換程序和更換夾具等工作就可以完成不同模式要求的新產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，極大程度縮短新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期[8]。

4 結(jié)束語

人們生活水平的提升使得汽車作為一種生活必需品進(jìn)入千家萬戶，為滿足消費(fèi)者多樣化需求，提升自身在激烈的競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位，生產(chǎn)企業(yè)必須將汽車生產(chǎn)過程中的柔性化生產(chǎn)、多樣化生產(chǎn)、低成本生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)提升到一定層次。自動(dòng)化生產(chǎn)被越來越重視，工業(yè)機(jī)器人這一過程中發(fā)揮著巨大作用[9-10]。

而弧焊機(jī)器人的投入使用是焊接生產(chǎn)領(lǐng)域的一次革新，它讓生產(chǎn)過程更加系統(tǒng)化、自動(dòng)化和規(guī)范化?；『笝C(jī)器人的普及，使得焊接生產(chǎn)過程更為穩(wěn)定也更加安全，焊縫質(zhì)量更是得到了極大提升。智能弧焊機(jī)器人的使用讓汽車生產(chǎn)過程中的部分自動(dòng)化空白得到填充，讓智能化在各生產(chǎn)線有了更廣泛的應(yīng)用。

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