點焊、弧焊機器人協同作業在汽車生產中的應用

羅愛華，孫英飛，歐鳳琴

（奇瑞裝備責任有限公司，蕪湖 241000）

0 引言

機器人技術[1]作為先進制造技術的典型代表和主要技術手段，在提升企業技術水平，穩定產品質量、提高生產效率，實現文明生產等方面具有重大作用。隨著社會的發展和工業機器人[2]技術的進步，工作效率越來越被人重視，以前的單個點焊、弧焊機器人單獨工作已經不能滿足人們對效率的要求，于是為了提高生產效率和優化工作節拍，我們將奇瑞公司自主研發的QH165點焊機器人和QH6弧焊機器人應用于奇瑞汽車單工位A15側圍車門焊接上[3]。

1 系統構成及機器人技術指標

1.1 系統構成

整個系統由QH165點焊機器人，QH6弧焊機器人和外部設備組成。其中QH165公斤點焊機器人[4]和QH6公斤弧焊機器人都由奇瑞汽車公司自主研發，外部設備由奇瑞裝備公司設計。

1.1.1 奇瑞QH165點焊機器人系統組成

QH165機器人系統包括機器人本體如圖1所示，機器人運動控制系統[5]、示教系統、水氣檢測模塊，焊接控制系統及焊鉗系統。

1.1.2 奇瑞QH6弧焊機器人系統組成

QH6弧焊機器人系統包括機器人本體如圖2所示，機器人運動控制系統、示教系統[6]、自動送絲系統及焊接電源系統。

1.1.3 外部設備系統構成

圖1 QH165點焊機器人本體

圖2 QH6弧焊機器人本體

外部設備系統包括PLC控制柜、夾具、夾具導軌系統、安全光幕、安全門和外部按鈕站等。

1.2 機器人技術指標

QH165公斤點焊機器人及QH6公斤弧焊機器人的主要技術指標如表1所示。

表1 機器人技術指標

2 工藝介紹及控制工作原理

2.1 工藝介紹

為了提高工作效率，奇瑞焊裝一車間A15工位要求點焊、弧焊機器人同時對側前門或側后門同時焊接。QH165點焊機器人主要對側門內側的17個點進行焊接如圖3所示，而QH6弧焊機器人則是負責上下2個門鉸鏈的焊接如圖4所示，且要求點焊、弧焊機器人同時工作。點焊和弧焊兩個機器人的工作過程都由外部PLC控制[7]。

圖3 點焊工件

圖4 弧焊工件

2.2 控制工作原理

點焊機器人、弧焊機器人，夾具和夾具導軌系統都由外部PLC控制，人機觸摸屏界面主要用來設置參數和監控系統運行狀態，在整個系統正常運行下只對按鈕站進行操作。

點焊機器人及其弧焊機器人有各自獨立的電氣控制單元，整個系統由PLC作為控制單元，由PLC來控制機器人[8]、夾具和導軌之間的相互動作。

圖5 焊接過程流程圖

人工上完件后，按下“導軌前進”按鈕，導軌運動到位后，夾具將導軌鎖緊，這時夾具給PLC一個到位信號和車型信號，此時PLC判斷點焊、弧焊機器人是否在Home點、是否滿足安全條件，如果一切條件滿足，點焊、弧焊機器人就開始識別PLC發過來的車型信號并調用相應的焊接程，焊接開始。當兩個機器人焊接完成，各自回到自己的Home點，此時點焊、弧焊機器人各自給PLC發出一個焊接完成信號，PLC收到兩個完成信號后，鎖緊導軌的夾具打開，導軌自動運行到初始位置，夾緊車門夾具打開，可以安全下件，整個焊接過程完成，等待下一個循環如圖5所示。為了生產安全，我們在上工件處安上了光幕，在請求進入機器人圍欄處安上了安全門。一旦有人進入了危險區，PLC檢測有輸入信號，觸發兩個機器人，讓兩個機器人立刻停止運行；如果需要讓機器人恢復運行，只要障礙物退出危險區，按下按鈕站上的“恢復運行”按鈕，兩個機器人接著運行未運行完的程序。

3 干涉區的界定

圖6 干涉區的界定

圖7 奇瑞A15焊接工位

將點焊、弧焊機器人同時運用在一個工位中最大的難題就是安全問題，由于兩個機器人同時在一個工件上焊接，各自的工作空間非常小，一不小心兩個機器人就可能發生碰撞，在生產過程中這是我們首先要考慮的問題。考慮到安全性干涉的區界定是必不可少的。在傳統的干涉區界定中，大部分是利用時間的先后順序來解決的，在某個運動完成后才允許其他的運動進行，這樣解決干涉問題雖然比較可靠但是浪費了很多時間，影響了生產效率，特別是在龐大的汽車工業焊裝線中，甚至會嚴重影響生產節拍。在本系統中，我們將這些空間上的干涉問題用干涉區來描述[9]。根據A15工位的情況，我們劃分了4塊干涉區如圖6所示。并要求每個干涉區每次最多只允許一個機器人進入，在劃分干涉區時，我們在考慮安全的前提下盡量將干涉區的面積最小，這樣可以保障機器人的運動空間更大，以致優化生產節拍。機器人對干涉區的請求都是通過PLC來控制的。

4 結論

該系統已經成功的運用到了奇瑞汽車側門的焊接中，在生產過程中表現了良好的穩定性能和安全性能。焊點和焊縫都達到了工藝質量要求。通過對干涉區的設定，很好的解決了兩個機器人運動之間的干涉問題，很大程度上提升了機器人的運動靈活性，即提高了安全性，又優化了生產節拍。

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