焊接工業機器人實訓工作站構建研究

杜 柯，李俊泓

（廣安職業技術學院，四川 廣安 638000）

焊接工業機器人實訓工作站構建研究

杜 柯，李俊泓

（廣安職業技術學院，四川 廣安 638000）

工業機器人技術在現代制造業中的運用越來越廣泛，必將成為未來智能制造的主流發展方向之一。就對接市場產業發展的職業教育院校而言，工業機器人技術也將成為機電類、自動控制類專業的新型發展方向。筆者借助自身所在院校專業辦學定位調整，大力發展工業機器人技術專業契機，對焊接工業機器人實訓工作站擬選用的型號、參數、實訓內容及編程仿真軟件進行了深入研究，以求加快推進工業機器人技術專業焊接實訓項目的建設，從而提升專業辦學水平與實力。

焊接；工業機器人；工作站；構建

工業機器人在現代制造業中將發揮越來越重要的作用，逐步替代人力進行繁雜、危險的勞動作業。在《中國制造2025》中，已將開發工業機器人作為了未來十年機器人產業的發展重點。為適應社會發展，培養工業機器人應用型人才已迫在眉睫。工業機器人應用需進行多門學科的綜合運用，不僅要掌握基礎理論知識，還要具備實踐應用能力。立足于職業院校工業機器人技術專業建設和發展，結合焊接工種工作環境、工作條件對于勞動力限制造成的特殊工業要求，焊接工業機器人必將大量運用與推廣，掌握控制與維護技術的人才缺口也會隨之驟增，為培養適應區域經濟發展需要的工業機器人技術領域高技能人才，筆者就焊接工業機器人實訓工作站構建進行研究。

1 工作站型號及參數

焊接機器人工作站由1臺ABB工業機器人、焊接變位器工作臺和全數字焊機及配套焊槍、數字送絲機構、自動清槍站組成，同時工作站可配套一間教學安全護欄或安全房，以及除塵設備，可以在實現教學時保證學生安全和良好的教學環境，工作站建設效果如圖 1所示。選型構建焊接機器人工作站，設定通用性、實用性和安全性三大原則。

圖1 ABB焊接機器人工作站

通用性：采用市場占有率高、應用范圍廣的瑞士ABB公司生產的工業機器人，型號為IRB1410，該型號是針對弧焊應用最常用的型號，能夠保證學生學以致用并與實際市場接軌。

實用性：除了能實現焊接機器人系統構成和搭建的實訓外，還包含了簡單平面焊接軌跡編程、空間焊接軌跡編程、與變位器配合復雜焊接軌跡編程、焊接軌跡離線編程仿真應用等高級技能訓練，能提高學生綜合實踐能力和就業競爭力。

安全性：優化工作站設計和設備選型，采用滿足實訓要求的適當負載和實訓工作范圍的工業機器人，并不一味追求與實際應用一致，在保證功能完備和教學效果的前提下采用小尺寸、小功率設備，并配套多種安全裝置保證設備及人身安全。

2 焊接工業機器人工作站實訓內容

通過ABB焊接機器人工作站，可以實現對焊接機器人系統的構成和基本操作的教學，學習如何搭建焊接機器人系統和相關維護排錯技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程，配合變位機工作臺實現復雜空間焊接軌跡應用，可在實現基本教學的基礎上完成更加綜合的教學內容，同時該工作站配套有焊接機器人工作站實訓課程。

為方便使用ABB焊接機器人工作站進行教學工作，針對工業機器人的操作特點和工作站的組成，設計了初識焊接機器人、焊接機器人工作站系統集成、焊接機器人的基本操作、焊接機器人的示教編程案例等多項實訓任務，實現任務驅動式教學，讓學生在學習技能的過程中明確目標、在挑戰中完成學習。

3 焊接工業機器人工作站編程仿真軟件

隨著工業機器人技術的發展，高精度、高性能、高智能工業機器人相繼問世，助其不斷地擴展應用領域。不同于簡單的物料搬運、碼垛應用，新興工業機器人應用需要更高精度軌跡和復雜工藝支持，導致了傳統示教編程和語言編程無法完全滿足，同時這兩種方法都要求在線操作和調試，工業機器人必須停機配合，致使生產線停產，造成企業損失。工業機器人離線編程仿真技術集成了計算機三維顯示技術、系統仿真技術、工業機器人離線編程技術、運動軌跡生成和優化技術等核心技術，使得工業機器人獲得了更加強大的“大腦”，可以輕松應對復雜軌跡的高精度生成和復現，可以在計算機上完成軌跡設計、規劃、運動仿真、碰撞檢查、姿態優化，最后直接生成工業機器人控制器所需的執行運動代碼，同時還提供了方便的空間校準算法，縮短了工業機器人的停機調試時間，為工業機器人實現更廣泛的應用提供技術支撐。

筆者擬選用RobotArt軟件。該軟件充分考慮到應用特點，實現了功能最優化、使用簡易化、界面人性化、操作統一化，將復雜的工業機器人離線編程仿真過程簡化為四步，如圖2所示。

圖2 RobotArt基本工作流程

該軟件的特點如下：

（1）RobotArt采用高效成熟的三維顯示內核,可在軟件中建立工業機器人及其工作環境的三維模型；

（2）通過零件模型幾何特征或自繪空間曲線創建工業機器人運動軌跡；

（3）包含的高精度空間解算算法可反求出工業機器人各軸運動參數，并結合三維模型實現工業機器人實際運動仿真，實現碰撞檢查；

（4）提供了豐富的附加工具工藝包，可以實現工業機器人軌跡高級規劃調整、奇異點處理、工業機器人姿態自動優化、軌跡附加工藝設置等；

（5）完成軌跡設計、規劃和優化后，可一鍵自動生成該工業機器人所需要的程序代碼文件，導入控制器后直接執行即可；

（6）提供了獨家誤差容錯算法，可徹底解決工業機器人系統內存在的工具誤差、工件誤差、夾具誤差等問題，提高工業機器人應用精度；

（7）RobotArt支持ABB全系列工業機器人，如圖3所示。RobotArt軟件中集成了目前ABB公司推出的全系列工業機器人，從最小的IRB 120到最大的IRB系列，從最常用的IRB 1410到特殊應用的IRB 5600，都可以通過RobotArt完成離線編程仿真應用。

圖3 RobotArt支持ABB全系列工業機器人

在未來幾年中國機器人產業將迎來爆發期，工業機器人發展將有力支撐我國制造業升級換代。筆者對焊接工業機器人實訓工作站構建的研究與實際建設，能有效提高工業機器人技術專業實訓條件，極大提升學生技術技能水平，激發與培養學習熱情、動手能力和創新能力。同時也希望研究成果能夠推廣應用到同類高職院校焊接工業機器人工作站的構建。

［1］熊雋.工業機器人實訓室的建設與研究［J］.職業教育（下旬刊），2014，（8）:95-96.

［2］王田苗，陶永.我國工業機器人技術現狀與產業化發展戰略［J］.機械工程學報，2014，50（9）:1-13.

杜柯（1989-），男，四川南充人，大學本科，助教，主要研究方向：機械設計制造。