工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成研究與實踐

李占林 陳艷

摘要：機器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。使用工業(yè)機器人可以降低廢品率和產(chǎn)品成本，提高了自動化生產(chǎn)線的利用率，降低了工人誤操作帶來的殘次零件風(fēng)險等，其帶來的一系列效益也是十分明顯的。因此，在機器人技術(shù)快速提升、人力資源短缺、人力成本逐年提升等多種因素的共同作用下，使得工業(yè)機器的應(yīng)用成為企業(yè)的迫切需要。為此，錦州立德減振器有限公司與遼寧理工職業(yè)學(xué)院合作對機器人進行改造，安裝、調(diào)試、將機器人投入到生產(chǎn)線中代替單調(diào)的、重復(fù)的體力勞動進而提高生產(chǎn)效率和現(xiàn)代化生產(chǎn)水平。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;系統(tǒng)集成;生產(chǎn)效率

該項目在松下焊接工業(yè)機器人的基礎(chǔ)上，通過示教編程實現(xiàn)了焊接作業(yè)。將焊槍移至生產(chǎn)設(shè)備實施焊接，提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作者繁重的體力勞動。一個完整的工業(yè)機器人弧焊系統(tǒng)是由工業(yè)機器人、焊槍、焊機、送絲機、焊絲、焊絲盤等組成，要想使焊接機器人完成焊接作業(yè)適用于生產(chǎn)，就必須要解決以下難點：

一、工作站系統(tǒng)組成及各單元間的連接

本工作站系統(tǒng)中弧焊系統(tǒng)是各外圍設(shè)備中最重要的一環(huán)。包括焊接專用電源、送絲機構(gòu)、焊槍、剪絲器、焊槍清理裝置、保護氣裝置。這些設(shè)備在機器人控制柜的控制下與機器人系統(tǒng)配合完成弧焊任務(wù)。

（一）焊接電源

焊接電源是弧焊系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，因為焊接電源的性能強烈影響著焊接質(zhì)量。一臺能夠精確控制電壓電流的焊接電源肯定能更好地控制焊接質(zhì)量。系統(tǒng)采用Panasonic YD-350GL機器人專用焊接電源，能與機器人控制柜通過IO通訊，焊接信號及焊接參數(shù)通過控制柜傳遞給焊接電源。

（二）送絲機構(gòu)

送絲機構(gòu)保證在焊接過程中，不斷均勻送入焊絲以補充焊絲的消耗，在送絲過程中，送絲機應(yīng)保證送絲的穩(wěn)定均勻，否則容易卡住送絲機造成送絲困難，影響焊接質(zhì)量。送絲機綁定在機器人上，其大小重量對機器人的空間運動有著一定的影響，太大和太重的送絲機往往增大了機器人的負(fù)荷，增大運動慣性，因此降低了機器人運動時的穩(wěn)定性和精確性。

（三）焊接保護氣

焊接保護氣目前使用較多的是二氧化碳保護氣和氬保護氣，這兩種保護氣有各自的優(yōu)缺點。由于二氧化碳氣體熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷。因此，與MIG焊自由過渡相比，飛濺較多。但如采用優(yōu)質(zhì)焊機，參數(shù)選擇合適，可以得到很穩(wěn)定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護氣體價格低廉，采用短路過渡時焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內(nèi)部缺陷的高質(zhì)量焊接接頭。

二、弧焊機器人信號設(shè)定

自動化生產(chǎn)線通過傳感器與機器人連接，每個工位上都裝有傳感器，用于檢測工件位置，當(dāng)傳感器檢測到某個工位上有信號時機器人啟動焊接作業(yè)，焊接完成之后進行下一工位工件的焊接作業(yè)，進而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線與工業(yè)機器人之間的信號交互。為了完成弧焊機器人與生產(chǎn)線的系統(tǒng)集成，必須根據(jù)板卡的地址情況進行信號的分配。主要信號有數(shù)字輸出信號和數(shù)字輸入信號。

三、程序的編制

（一）對機器人的路徑進行規(guī)劃

在編寫程序的過程中為了避免機器人碰撞和姿態(tài)方面的問題，我們需要對機器人的路徑進行規(guī)劃，在選擇機器人的運行軌跡和操作方法時，采用示教點的方法，即在機器人的運行軌跡上設(shè)置一些關(guān)鍵點，主要包括拾取點Pick，放置點Place、程序起始點Home、安全點等等，通過這些關(guān)鍵點能夠大致確定機器人的運行路線。

（二）運動指令的選擇

在進行機器人的編程時，為了使機器人按照規(guī)劃的路徑精確、安全地達到指定位置。必須要根據(jù)路徑特點擇優(yōu)選擇機器人的運動指令，主要包括MoveL 、MoveJ和 MoveC。示教時，可以使用多種插補方式，最常用的為自由插補MoveJ，機器人能夠根據(jù)速度和精度合理安排各個軸的運動方式，直線插補MoveL 也比較常見，往往用于直線上的弧焊。圓弧插補MoveC比較不常見，這種插補方式用于焊接一些比較復(fù)雜的工件。

（三）程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計

為了提高程序的可移值性，我們采用了主程序調(diào)用子程序的設(shè)計方式，完成了搬運機器人所要實現(xiàn)的全部功能，使機器人可以按照我們預(yù)先設(shè)置好的路徑移動。該機器人改造集成項目成功地實現(xiàn)了減震器生產(chǎn)線的一個工序。機器人投入運行后，將大幅度減輕操作者的勞動強度，使操作更為簡便，勞動生產(chǎn)率可提高30%。提高產(chǎn)品的質(zhì)量，合格率由原來的96%提高到99.9%。積累經(jīng)驗后為整條生產(chǎn)逐漸增加工業(yè)機器人，實現(xiàn)整個生產(chǎn)線規(guī)范化、科學(xué)化和經(jīng)濟化，解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動，降低勞動力。同時也是提升公司科學(xué)技術(shù)水平，進而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

四、結(jié)語

工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用，為企業(yè)發(fā)展指明方向。

參考文獻：

[1]汪勵，陳小艷.工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.