試論焊接機器人系統可靠性設計技術的研究與應用

裴含忠

（格力電器（蕪湖）有限公司，蕪湖 241000）

在設計焊接機器人可靠性系統的過程中，可靠性參數是其最關鍵的部分之一。在制定可靠性參數時，人們需要綜合考慮機器人的設計標準、設計要求等，從而保證最終參數設計的實用性。當前，人們經常使用的可靠性參數為可靠度、故障率以及故障間隔時間。

1 焊接機器人系統可靠性設計技術

焊接機器人可靠性設計主要采用故障分析技術，該技術主要負責綜合分析機器人在運行過程中出現故障的模式、部位以及時間。其間主要采用故障樹的方式分析。例如，分析機器人本體故障時，將本體故障作為故障樹的頂事件。人們可以將可能直接引起本體故障的部位作為與故障樹相關的部位，其主要包括底座腰故障、肩部故障、手臂故障、齒輪磨損故障以及人為因素故障，從而建立一個本體故障的故障樹，分析機器人在實際運行中出現本體故障的原因。

除了這種方式之外，還可以根據機器人中的某一零件系統建立相應的故障樹，對其中每個零件在運行過程中可能出現的故障進行詳細分析，最終制定出相應的解決方案，提高機器人系統設計運行的可靠性。在制定機器人可靠性模型的過程中，需要對機器人的本體子系統、控制子系統以及焊接子系統制定相應的代碼。其中，機器人本體的代碼為R（ROBOT sUBsYsTEM），控制子系統的代碼為C（CONTORL sUBsYsTEM），焊接子系統的代碼為W（WIELD sUBsYsTEM），其可靠性模型可以表示為：

在應用該技術的過程中，重要的是確定分析的對象和其中頂事件與分支事件的關系，只有采用正確的邏輯一步步向下分析，才能夠將所有事件列舉出來。由此可以看出，在使用該技術的過程中，需要在保證分析全面性的基礎上提高該技術的應用質量[1]。

2 焊接機器人系統可靠性設計的應用

在提高焊接機器人系統可靠性水平的基礎上，將機器人應用到無人化車間、智能生產、智能倉儲、無人運輸及車間智能體系的構造中，是使機器人價值得以發揮的關鍵。本部分以伺服點焊機器人及激光焊接機器人為例，對某車間焊接機器人的可靠性技術應用方法進行了研究。

2.1 激光焊接機器人的原理

能夠應用于無人化車間的焊接機器人，以激光焊接機器人及伺服點焊機器人為主，兩者的應用方法存在一定的差異。以激光焊接機器人為例，該類型機器人可發射激光源，并使其作用于車間產品的各部位，達到焊接的目的。常見的激光焊接機器人，共包括激光源18個。將其應用到無人化車間后，長度≤6106m的焊縫，將無需采用人工的方式焊接。車間焊接效率將明顯提升。實踐發現，激光焊接機器人的可靠度為0.987，較接近1，表明該類型機器人的可靠度較高，應用價值顯著。伺服點焊機器人，由焊接氣缸與控制模塊兩部分構成。工作人員可通過計算機，將氣動焊接位置點的檢測優化為對位移的檢測，同時實現對壓力指標的實時控制。將其應用到無人化車間中，可有效縮短焊接時間，提高焊接點位的精準度，在減小焊接誤差的同時，提高焊接質量[2]。實踐發現，伺服點焊機器人早期故障率為13.02%，使用1年后故障率為18.00%。維修后，故障率降低至13.05%。研究表明，將伺服點焊機器人應用到無人化車間的打造中，可靠性同樣較強。

2.2 焊接機器人的可靠性設計方案

為提高焊接機器人的可靠性，本文對其控制子系統的可靠性進行了預計。預計結果如表1所示。

表1 焊接機器人控制子系統的可靠性預計結果

2.3 可靠性設計方案

為降低機器人的失效率，提高系統可靠性，筆者通過建立故障樹，對其故障發生情況進行分析。故障樹方程如下：

式中，P（t）代表t時刻的故障率。

按照式（2）計算故障率，并根據計算結果，優化焊接機器人運行流程的途徑。這樣可以有效實現對機器人動作時間、焊接參數的合理控制，從而提高車間各生產環節的流暢性，提高機器人的整體質量[3]。機器人控制子系統均由電子元件構成，如零件少，則系統的可靠性一般較高，反之則否。除此之外，元器件中，集成電路、接插件、繼電器等同樣會對機器人的可靠性造成影響。為提高焊接機器人運行的可靠性，車間需要對集成電路、接插件、繼電器等進行優化設計。

2.4 設計方法及應用效果觀察

以“機車構架”的生產為例，生產車間所采用的可靠性設計方法如下：工作人員可將焊接坡口尺寸誤差，設置為±0.5mm，將裝配誤差，設置為±1.5mm，將焊絲直徑，設置為1.4mm；設置完成后，需將上述誤差允許值輸入計算機中，而焊接機器人則需與計算機相互連接，接受計算機的控制；機器人的本體子系統需完成焊接動作、控制子系統需接收計算機數據，焊接子系統則需控制焊接參數。

3 結論

在分析焊接機器人常見故障的基礎上，本文通過優化機器人參數的方式對其進行優化設計，提高焊接機器人系統運行的可靠性。有關領域可視社會各部門的需求，對焊接機器人的性能加以評估及優化。在此基礎上，人們可以將其應用到無人化車間、生產、運輸和倉儲等過程中，從而提升生產效率和產品質量，提高我國各行業的整體智能化水平。