焊接機器人系統(tǒng)在汽車底盤焊接中的應用

于向臣 陳相川

【摘 要】焊接機器人系統(tǒng)己廣泛應用在汽車制造業(yè)，首先推廣應用的汽車零部件的生產，尤其在汽車底盤焊接生產中。本文以上海匯眾汽車制造有限公司及相關合資企業(yè)在制造桑塔納、帕薩特、別克、賽歐等轎車后橋、副車架、搖臂、懸架和減振器等轎車底盤零件以焊接機器人系統(tǒng)（工作站）形式在生產流水線中為一個工位.本文首先分析了多機器人的構造特點，并且合理分析了這種系統(tǒng)在應用中存在的問題以芡提出了可行性解決方案，對多機器人系統(tǒng)進行了設計改善。

【關鍵詞】焊接機器人；汽車底盤；應用

引言

工業(yè)機器人在早期就已經被人們應用在金屬切削行業(yè)、汽車制造業(yè)等領域中。當汽車工業(yè)不斷發(fā)展至今取得了一定程度的發(fā)展模式之后，單個的機器人已無法滿足汽車焊接的需要，與此同時對單個機器人的開發(fā)所付出的成本遠遠高于多個機器人的開發(fā)，因此在汽車焊接過程中應用多機器人系統(tǒng)，既經濟又實用。

1、機器人的體系

1.1、工業(yè)機器人的構造及分類

機器人是一種能靈活完成特定操作的多種功能機器，一般由控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)，執(zhí)行裝置，檢測系統(tǒng)等四個部分組成。工業(yè)機器人是機器人家族中最重要的成員，具有自動控制、多功能、多自由度、可重復編程的特點，主要由機械手臂、控制裝置、機座、能源裝置和驅動裝置等幾部分構成。在汽車制造中使用機器人代替人工作業(yè)，可降低人工作業(yè)的難度，實現(xiàn)生產全自動化、重復精度高、有利于品質向上，保持品質精度的穩(wěn)定性，并可通過編寫多種程式對應多種車型，實現(xiàn)柔性化生產。汽車工業(yè)中常用的機器人主要有焊接機器人、機器加工機器人、裝配機器人、噴漆機器人、檢查、測量機器人、移動式搬運機器人等。常用的焊接機器人主要有弧焊機器人和點焊機器人兩種，是實際應用中，有單臺操作的焊接機器，也有兩臺以上的組合操作的機器人焊接系統(tǒng)。

1.2、工業(yè)機器人的構造

機器人顧名思義是能夠代替人類靈活完成危險生產或者重復工作的機器，在一般情況下包含：檢測系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分。在機器人中包括工業(yè)機器人，同時工業(yè)機器人是作為最主要的成員，擁有可重復編程、多自由度、多功能、自動控制等特點，具體是由驅動裝置、能源裝置、機座、控制裝置、機械手臂等部分組成。汽車在焊接的過程中應用機器人替代人工進行作業(yè)，能夠充分的降低人工作業(yè)的難度，能夠達到重復精準度高、生產自動化的目的，還能夠利用對固定車型的程式編寫，進行柔性化的生產。

2、發(fā)展現(xiàn)狀

在近十年的汽車行業(yè)里，國內的汽車品牌歷經艱難的起步階段，已逐漸發(fā)展壯大，像吉利汽車、長城汽車、奇瑞汽車等已成為國內中、低檔汽車品牌的主流，不僅在國內銷售量逐漸看好，在國外發(fā)展中國家的汽車市場也占據一定席位。隨著各品牌汽車銷量成曲線增長趨勢，相對的汽車生產線也需要配備更先進的技術及其生產設備，以滿足高品質、高效率的生產需要。德國的大眾汽車、日本的豐田汽車、韓國的現(xiàn)代汽車等世界知名品牌的汽車生產制造商，由于起步較早，經濟、技術實力雄厚，積累的原始資金較早地投入到汽車的生產和研發(fā)當中，焊接機器人已經成熟的運用到汽車生產線中，在批量化的生產中，為企業(yè)帶來了可觀的經濟利益，節(jié)約了一定的生產成本。以德國大眾的現(xiàn)代化汽車工廠為例，在汽車底盤的生產線上，76%的裝配、焊接作業(yè)都由機器人來完成。

3、關于多機器人系統(tǒng)在工汽車業(yè)上的應用技術

3.1、工業(yè)機器人存在的問題

從各國的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，現(xiàn)階段工業(yè)機器人主要存在標準繁多，不利于各廠家的設備之間搭接和通訊；機械故障較少，電氣控制設備故障率較高；多臺機器人的工作碰撞問題；機器人的自我保護機制缺乏的問題。為避免少走彎路和減少不必要的社會資源的巨大浪費，我國工業(yè)機器人的發(fā)展需要統(tǒng)一機器人內部控制系統(tǒng)的語言和基本操作模塊并提供互相通信的接口，廣泛開展工業(yè)機器人合理布局的研究，并開展人與機器人之間和諧工作關系的研究，提高機器人的自我保護能力，這將推動我國工業(yè)機器人的穩(wěn)健發(fā)展。由于多機器人系統(tǒng)能解決實際中單機器人操作中存在的問題，多機器人技術得到越來越多的關注。多臺機器人的工作碰撞問題既有設備布局工藝的問題，也有多臺機器人之間缺乏通信的原因，但主要的還是其運動規(guī)劃控制結構的制定。

3.2、多機器人同時工作時防碰問題

目前，機器人的運動控制還只是在二維層面，但是，實際工作中，機器人要面對的處境往往處于動態(tài)之中，而且是非結構的，因此，這種情況下機器人之間的碰撞就不可避免了。機器人的運動控制系統(tǒng)大多是包容式的，即其整體結構包含很多個小結構部分，每個部分控制不同的行為目標，不同行為信息通過傳輸匯合到一起，機器人才會做出動作，但有時各個局部情況不一樣，又是一個部分出錯，最終信息就會有偏差，也會讓機器人動作變慢，所以如果工作環(huán)境改變了，就需要重新建模，當機器人觀察到目標之后，首先任務是避開障礙物向目標行進，如果周圍沒有其他機器人，則首要任務是直接向目標點進行。

4、汽車底盤焊接生產線分析

4.1、產品特點

汽車底盤車架和后橋均為結構復雜的部件總成，必須要求汽車制造企業(yè)的研究部門以高度專業(yè)化的精神來設計研發(fā)，來確保焊接時接頭和焊縫的尺寸精度符合工藝要求。但零部件間的焊縫多為搭接接頭和角接接頭，具有施焊難度大的特點，因此焊接質量的好壞直接影響整車質量的評定指標，對其行駛的穩(wěn)定性和安全性有極為重要的影響。

4.2、底盤焊接生產線

根據各部件總成的工藝分析，可對相應的部件總成生產線上的焊接機器人系統(tǒng)配備iWeld5程序軟件作為系統(tǒng)的大腦，使雙、四工位機器人系統(tǒng)進行網絡互聯(lián)的升級，對每臺機器人和周邊裝置的運行狀態(tài)以及焊接數(shù)據進行實時在線監(jiān)控，通過信息化升級，可滿足技術部門對焊接設備的數(shù)據采集要求，便于焊接設備實現(xiàn)集中管理，有助于提高每道工序的工藝一致性，通過數(shù)據分析提高設備利用率。

5、汽車焊接上對多機器人系統(tǒng)的應用

在汽車焊接時，機器人在對接時主要靠智能感應，通過信息傳感器的作用對每一步操作都可以跟蹤控制每個細節(jié)操作，可以確保制造工藝的完整性，使焊接工作有序進行，在機器人焊接設備設計過程中，必須滿足生產需要，生產的產品質量要求必須過關。其一，在機器人的焊接系統(tǒng)結構中，體現(xiàn)的主要優(yōu)勢是具有性能穩(wěn)定的特點，可以大大提高焊接效率，減少人工操作量，提高工人生產環(huán)境。機器人工作點的主要構成部分是機器人的主體系統(tǒng)和其他工作設備，機器人又由主體和控制器，焊接系統(tǒng)等組成的，具有外接端口，可以很好的與其他設備通信。其二，在機器人焊接時工具的設計，需要有定位和夾緊系統(tǒng)，而且要精確定位焊接部位，焊接時要體現(xiàn)出標準化，模板化的特點，在數(shù)字顯示屏上要有實時的數(shù)字顯示，以便出錯時及時對參數(shù)作出修改，提高精確度，防止無意破壞。其三，對焊接系統(tǒng)中工藝參數(shù)的選擇，在焊接時的氣流控制用到的就是參數(shù)，調整氣體流量，氣壓，電壓，電流等，生產的工藝就會有所不同，所以必須選擇好參數(shù)提高工藝效果，改善性能。

結束語

根據以上的論述，對機器人的應用可以代替人們從事重復勞動或者危險勞動。在我國社會經濟不斷發(fā)展的過程中，汽車行業(yè)將高度柔性化放在了首位，為了能夠與柔性生產相適應，對多機器人的利用，可以滿足其需求進行多種產品和零件的焊接，以此來滿足不斷增加的小批量、多品種零件的不同要求。

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