焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)底盤(pán)焊接中的應(yīng)用

郭耀周 宋新杰

【摘 要】隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)器人在汽車(chē)焊接中的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛，尤其在汽車(chē)底盤(pán)焊接生產(chǎn)線中最為突出。本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造及應(yīng)用的特點(diǎn)，分析了多機(jī)器人系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出多機(jī)器人系統(tǒng)的防撞控制方法，對(duì)汽車(chē)焊接操作中多機(jī)器人工作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】焊接機(jī)器人；汽車(chē)底盤(pán)焊接；應(yīng)用

引言

工業(yè)機(jī)器人在早期就已經(jīng)被人們應(yīng)用在金屬切削行業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)等領(lǐng)域中。當(dāng)汽車(chē)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(gè)的機(jī)器人已無(wú)法滿足汽車(chē)焊接的需要，與此同時(shí)對(duì)單個(gè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)所付出的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多個(gè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，因此在汽車(chē)焊接過(guò)程中應(yīng)用多機(jī)器人系統(tǒng)，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

1、關(guān)于多功能機(jī)器人的介紹

1.1、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造

機(jī)器人是一種能靈活完成特定操作的多種功能機(jī)器，一般由控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行裝置，檢測(cè)系統(tǒng)等四個(gè)部分組成。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人家族中最重要的成員，具有自動(dòng)控制、多功能、多自由度、可重復(fù)編程的特點(diǎn)，主要由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能源裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等幾部分構(gòu)成。在汽車(chē)制造中使用機(jī)器人代替人工作業(yè)，可降低人工作業(yè)的難度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全自動(dòng)化、重復(fù)精度高、有利于品質(zhì)向上，保持品質(zhì)精度的穩(wěn)定性，并可通過(guò)編寫(xiě)多種程式對(duì)應(yīng)多種車(chē)型，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。

1.2、工業(yè)機(jī)器人的分類

汽車(chē)工業(yè)中常用的機(jī)器人主要有焊接機(jī)器人、機(jī)械加工機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、檢查、測(cè)量機(jī)器人、移動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)器人等。常用的焊接機(jī)器人主要有弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人兩種，實(shí)際應(yīng)用中，有單臺(tái)操作的焊接機(jī)器人，也有兩臺(tái)以上的組合操作的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。。

2、機(jī)器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人生產(chǎn)線的設(shè)備之前，需要注意以下兩點(diǎn)：（1）在達(dá)到制造綱領(lǐng)的前提下，生產(chǎn)線要具備柔性條件。（2）生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到要求。由于車(chē)架、后橋的焊縫特性，由于焊件的焊縫數(shù)相同，可優(yōu)先以焊接變形小的原則來(lái)布置焊接順序，可采用雙、四工位焊接機(jī)器人柔性系統(tǒng)對(duì)其分別進(jìn)行試焊。當(dāng)生產(chǎn)綱領(lǐng)為雙班制、27天、月產(chǎn)8000套的生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，根據(jù)對(duì)各部件總成的焊縫數(shù)、焊縫尺寸的統(tǒng)計(jì)和對(duì)焊縫特性的分析，可由6套焊接機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)工作站來(lái)完成一條前車(chē)架生產(chǎn)線的生產(chǎn)。

3、關(guān)于多機(jī)器人系統(tǒng)在工汽車(chē)業(yè)上的應(yīng)用技術(shù)

3.1、多機(jī)器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用

多機(jī)器人系統(tǒng)在工汽車(chē)業(yè)上存在的問(wèn)題與解決方案從世界各國(guó)在工業(yè)上對(duì)機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)用來(lái)看，目前機(jī)器人系統(tǒng)還存在很多問(wèn)題，例如型號(hào)差異大，使得不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的東西端口不同，不能進(jìn)行有效通信，雖然不會(huì)有過(guò)多的機(jī)械問(wèn)題，但是在電氣控制方面出現(xiàn)了很多問(wèn)題，而且不同機(jī)器人同時(shí)工作時(shí)，因?yàn)樗鼈兊淖晕冶Ｗo(hù)系統(tǒng)并不完善，所以有可能會(huì)發(fā)生碰撞。為了解決這些問(wèn)題，國(guó)家在機(jī)器人事業(yè)上，應(yīng)該形成統(tǒng)一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，端口型號(hào)統(tǒng)一，便于不同機(jī)器人的信號(hào)連接，而且還可以避免浪費(fèi)，節(jié)約不必要的成本，另外，還必須提高機(jī)器人系統(tǒng)中的自我保護(hù)系統(tǒng)作用，例如增加語(yǔ)言設(shè)計(jì)，警報(bào)設(shè)計(jì)等，這些設(shè)計(jì)將會(huì)大力推動(dòng)我國(guó)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的作用，因?yàn)槎鄼C(jī)器人系統(tǒng)可以完成單機(jī)器人不同完成的工作，所以目前多機(jī)器人系統(tǒng)更受人們歡迎。多機(jī)器人系統(tǒng)工藝的完善主要還是要制定出良好的局部運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。

3.2、多機(jī)器人焊接工作系統(tǒng)的選擇、設(shè)計(jì)及構(gòu)成

（1）選擇焊接工藝的參數(shù)。在焊接領(lǐng)域中的工藝參數(shù)主要包含：氣體流量、焊接電壓、焊接電流。開(kāi)展自動(dòng)焊接的流程中，全部的工藝參數(shù)都會(huì)事前設(shè)定完畢，具體控制的參數(shù)只有電弧電壓和焊接電流，在氣體流量方面具體是由人工進(jìn)行細(xì)致調(diào)整的，其他的一些工藝參數(shù)會(huì)按照工藝要求的不同，根據(jù)調(diào)整的示教程序自動(dòng)生成。若焊絲直徑不同，在焊接電壓、焊接電流等參數(shù)的選用上也會(huì)有所不同，此外還會(huì)顯現(xiàn)出相對(duì)應(yīng)的電弧行為與熔滴過(guò)渡模式。當(dāng)明確了工藝參數(shù)的固定范圍以后，最后所生成的焊接參數(shù)一定要利用焊接試驗(yàn)進(jìn)行細(xì)致的選擇，以此來(lái)獲取較為恰當(dāng)?shù)暮缚p性能。

（2）焊接夾具設(shè)計(jì)。利用機(jī)器人焊接工裝夾具將工件定位夾緊，保證工件焊縫的準(zhǔn)確位置是保證機(jī)器人工作站做出合格產(chǎn)品的基礎(chǔ)。焊接夾具控制采用工作站式，以從站模塊遠(yuǎn)程控制。在設(shè)計(jì)中焊接夾具采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。人機(jī)交互采用觸摸屏形式，觸摸屏選用OMRON型號(hào)。每個(gè)控制站均配備觸摸屏。在屏幕上可以非常方便地對(duì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)字設(shè)置，顯示窗口并實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，操作簡(jiǎn)潔。焊接夾具在機(jī)器人工作站中起著關(guān)鍵的作用，許多焊接機(jī)器人系統(tǒng)的成功與否也就是焊接夾具的設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。自動(dòng)焊接夾具的設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人機(jī)工程，工件是否到位，焊接夾具應(yīng)該有防錯(cuò)的功能，若是試件裝配狀態(tài)較差未到位時(shí)，夾具不會(huì)實(shí)施下一個(gè)動(dòng)作，而且?jiàn)A具的自動(dòng)夾緊及松開(kāi)要有邏輯順序，防止機(jī)構(gòu)或試件因操作的原因帶來(lái)的損壞。

（3）焊接機(jī)器人工作站系統(tǒng)的構(gòu)成。焊接機(jī)器人的開(kāi)發(fā)是以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)，焊接機(jī)器人作為科學(xué)、先進(jìn)的焊接設(shè)備所具備的優(yōu)點(diǎn)為：提升工人勞動(dòng)條件、提升焊接質(zhì)量、穩(wěn)定的性能等。在構(gòu)成焊接機(jī)器人工作站系統(tǒng)方面，是由外圍設(shè)備和機(jī)器人的主要組成系統(tǒng)結(jié)合而成。機(jī)器人系統(tǒng)由示教、焊機(jī)系統(tǒng)、控制器、機(jī)器人本體構(gòu)成。外圍設(shè)備包含：外圍接口、上下料裝置、焊接工作臺(tái)等。

3.3、汽車(chē)焊接上對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用

在汽車(chē)焊接時(shí)，機(jī)器人在對(duì)接時(shí)主要靠智能感應(yīng)，通過(guò)信息傳感器的作用對(duì)每一步操作都可以跟蹤控制每個(gè)細(xì)節(jié)操作，可以確保制造工藝的完整性，使焊接工作有序進(jìn)行，在機(jī)器人焊接設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須滿足生產(chǎn)需要，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要求必須過(guò)關(guān)。其一，在機(jī)器人的焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，體現(xiàn)的主要優(yōu)勢(shì)是具有性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以大大提高焊接效率，減少人工操作量，提高工人生產(chǎn)環(huán)境。機(jī)器人工作站的主要構(gòu)成部分是機(jī)器人的主體系統(tǒng)和其他工作設(shè)備，機(jī)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(shè)備通信。其二，在機(jī)器人焊接時(shí)工具的設(shè)計(jì)，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(shí)要體現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化，模板化的特點(diǎn)，在數(shù)字顯示屏上要有實(shí)時(shí)的數(shù)字顯示，以便出錯(cuò)時(shí)及時(shí)對(duì)參數(shù)做出修改，提高精確度，防止無(wú)意破壞。其三，對(duì)焊接系統(tǒng)中工藝參數(shù)的選擇，在焊接時(shí)的氣流控制用到的就是參數(shù)，調(diào)整氣體流量，氣壓，電壓，電流等，生產(chǎn)的工藝就會(huì)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(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上的論述，對(duì)機(jī)器人的應(yīng)用可以代替人們從事重復(fù)勞動(dòng)或者危險(xiǎn)勞動(dòng)。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，汽車(chē)行業(yè)將高度柔性化放在了首位，為了能夠與柔性生產(chǎn)相適應(yīng)，對(duì)多機(jī)器人的利用，可以滿足其需求進(jìn)行多種產(chǎn)品和零件的焊接，以此來(lái)滿足不斷增加的小批量、多品種零件的不同要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李濤，郝亮，吳犇，廉杰，寧亮亮，王艷，金月.焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)底盤(pán)焊接中的應(yīng)用[J].納稅，2017（20）：193.

[2] 楊永輝.多機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)焊接中的應(yīng)用探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（10）：13.

[3] 趙曉巍，袁慶.多機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)焊接中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（09）：40-41.

[4] 王艷.多機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)焊接中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012，11（08）：111-112.

[5] 劉冰.機(jī)器人柔性焊接系統(tǒng)在汽車(chē)半殼封裝式后消聲器焊接中的應(yīng)用[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2010（05）：14-16.

（作者單位：長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司）