多機器人系統(tǒng)在汽車焊接中的應(yīng)用研究

趙曉巍+袁慶

摘要：我國的汽車工業(yè)在不斷的發(fā)展，在制造汽車工序上也變得尤為復(fù)雜，尤其是對焊接的要求較為嚴謹，然而由多機器人構(gòu)成的系統(tǒng)可以與汽車焊接的需求相適應(yīng)，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。基于此，文章以多機器人系統(tǒng)在汽車焊接中的應(yīng)用為基本點，進行詳細的研究。

關(guān)鍵詞：多機器人系統(tǒng)；汽車焊接；汽車工業(yè)

中圖分類號：U468 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0040-02

工業(yè)機器人在早期就已經(jīng)被人們應(yīng)用在金屬切削行業(yè)、汽車制造業(yè)等領(lǐng)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(yīng)用多機器人系統(tǒng)，既經(jīng)濟又實用。

1 工業(yè)機器人的分類和構(gòu)造

1.1 工業(yè)機器人的分類

在汽車工業(yè)中經(jīng)常使用到的機器人，往往包含：測量機器人、檢查機器人、噴漆機器人、裝配機器人、焊接機器人等。在焊接機器人方面具體應(yīng)用到的是：電焊機器人、弧焊機器人。在實際的汽車焊接中應(yīng)用焊接機器人，有單個機器人，也有多機器人。所謂多機器人就是由具備操作功能、任務(wù)規(guī)劃以及環(huán)境觀察等多個機器人構(gòu)成，人們希望通過多機器人之間的合作與協(xié)調(diào)，充分的提升機器人系統(tǒng)的工作成效，從而抵抗外界干擾完成預(yù)定的任務(wù)。

1.2 工業(yè)機器人的構(gòu)造

機器人顧名思義是能夠代替人類靈活完成危險生產(chǎn)或者重復(fù)工作的機器，在一般情況下包含：檢測系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、驅(qū)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(fù)編程、多自由度、多功能、自動控制等特點，具體是由驅(qū)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(yīng)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(fù)精準度高、生產(chǎn)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(chǎn)。

2 多機器人系統(tǒng)的碰撞控制

由于多機器人系統(tǒng)能夠解決單機器人無法操作的問題，因此多機器人技術(shù)受到了許多人的關(guān)注。可是多機器人也存在一些缺點，例如：碰撞問題。多機器人的工作碰撞不單是缺乏通信的原因，同時也是設(shè)備布局的不合理所造成的，然而具體的還是在擬定運動控制結(jié)構(gòu)方面的問題所制約的碰撞現(xiàn)象。焊接機器人是以移動的形式進行工作的，由于多機器人面對的工作環(huán)境基本上是非機構(gòu)化、動態(tài)形式的環(huán)境，極易造成多機器人之間產(chǎn)生相互的碰撞。

多機器人在移動的過程中所采用的控制結(jié)構(gòu)為包容式結(jié)構(gòu)。即在控制結(jié)構(gòu)中是由幾個行為模塊組成，分別為：隨機行為、躲避行為、繞避行為、目標行為等，在不同的行為模塊中按照傳感器的輸入明確此行為的具體輸出，一般低層行為能夠被高層行為所控制。決策模塊按照對目標點的觀察結(jié)果和傳感器的輸入選取一種適當?shù)男袨楫斪鲎詈蟮妮敵觥＠脗鞲衅鬟M行探測可以得出機器人周邊的相關(guān)信息，擁有較快的響應(yīng)速度，然而也無法避免的會讓機器人陷入到局部最優(yōu)的狀態(tài)。

因此，可以通過對機器人觀察目標點全局信息的利用，快速獲取信息，與對整體環(huán)境的建模相比較，有速度快、簡便的優(yōu)勢。機器人在可以看到目標點時，目標點行為就會優(yōu)于躲避行為，若周圍也沒有其他機器人的情況下，就能夠直接走向目標點，進而讓機器人的路徑減短，并防止了多機器人碰撞的現(xiàn)象。

3 多機器人系統(tǒng)在汽車焊接中的應(yīng)用研究

3.1 在汽車工程中對焊接機器人的應(yīng)用

由于汽車制造業(yè)的發(fā)展較為迅速，使得不同的工業(yè)機器人都廣泛的應(yīng)用在了企業(yè)的生產(chǎn)線上，可是汽車的焊接對于工人來說，能夠直接影響到工人的健康，因此汽車焊接是應(yīng)用機器人最為普遍的行業(yè)。進行汽車焊接的多機器人可以在惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作，并可以確保產(chǎn)品的總體質(zhì)量水平，有效的降低操作工人的勞動強度，提升生產(chǎn)的效率，由此可見機器人在汽車焊接領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。

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

多機器人的焊接工作站利用專門的系統(tǒng)控制器，通過智能傳感裝置控制焊接動態(tài)過程，按照傳感的具體信息對不同的繁瑣工作情況開展即時的控制和跟蹤，進而把控汽車焊接流程中的每一個環(huán)節(jié)，確保每一環(huán)節(jié)都可以準確完成，同時對實時的智能控制焊接的動態(tài)過程。在對機器人焊接生產(chǎn)線設(shè)備進行設(shè)計的過程中，具體需要顧慮的是三個層面，分別為：其一，焊接質(zhì)量需和產(chǎn)品要求相適應(yīng)；其二，焊接流程需和生產(chǎn)綱領(lǐng)相符；其三，生產(chǎn)線需具備優(yōu)質(zhì)的柔性特征。以下是多機器人焊接工作系統(tǒng)的選擇、設(shè)計及構(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。開展自動焊接的流程中，全部的工藝參數(shù)都會事前設(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行細致調(diào)整的，其他的一些工藝參數(shù)會按照工藝要求的不同，根據(jù)調(diào)整的示教程序自動生成。若焊絲直徑不同，在焊接電壓、焊接電流等參數(shù)的選用上也會有所不同，此外還會顯現(xiàn)出相對應(yīng)的電弧行為與熔滴過渡模式。當明確了工藝參數(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進行細致的選擇，以此來獲取較為恰當?shù)暮缚p性能。

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

（3）焊接夾具的設(shè)計。通過對機器人的利用進行焊接工裝夾具，以此來緊固工件定位，確保工件的焊縫處在正確的位置中，從而使得機器人工作站所作出的產(chǎn)品100%合格。在控制焊接夾具方面具體使用的是工作站式，將“從站模塊”為主線進行遠程的控制模式。在設(shè)計的過程中焊接夾具使用的是模塊化、標準化的方式，在人機交互方面具體利用的是觸摸屏的模式，觸摸屏基本上在各個控制站都有所配置。顯示屏上能夠較為便利的設(shè)置參數(shù)，并能夠在窗口實時顯示數(shù)字。機器人工作站系統(tǒng)中所涉及到的焊接夾具擁有著重要的作用，很多的焊接機器人系統(tǒng)是否成功，都在于焊接夾具的設(shè)計模式。在設(shè)計自動化的焊接夾具方面，需要全面的分析操作者的適當勞動強度，并增添防錯的功能，提升人機工程，如果顯示出不完善的裝配狀態(tài)時，夾具將不再進行下一環(huán)節(jié)，此外，夾具的松開與夾緊需要具有邏輯的順序，避免試件或機構(gòu)因錯誤操作而導(dǎo)致不必要的損壞。

4 結(jié)語

根據(jù)以上的論述，對機器人的應(yīng)用可以代替人們從事重復(fù)勞動或者危險勞動。在我國社會經(jīng)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(chǎn)相適應(yīng)，對多機器人的利用，可以滿足其需求進行多種產(chǎn)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。

參考文獻

[1] 劉佰龍.群集智能理論及其在多機器人系統(tǒng)中的應(yīng)

用研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2013.

[2] 徐偉華，李迅波.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫在多機器人系統(tǒng)

中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，12

（9）：123-125.

[3] 戴琦.多功能職能機器人系統(tǒng)在汽車零部件焊接

線上的應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2013，11

（8）：132-151.

[4] 崔文旭.機器人在汽車焊接生產(chǎn)線柔性化中的應(yīng)用

[J].焊接技術(shù)，2013，10（7）：152-160.

[5] 宋偉科.基于多機器人的開放式智能控制系統(tǒng)關(guān)鍵

技術(shù)研究與開發(fā)[D].天津大學(xué)，2013.