焊接機器人系統在汽車底盤焊接中的應用

郭耀周 宋新杰

【摘 要】隨著國內汽車制造業的迅速發展，機器人在汽車焊接中的運用也越來越廣泛，尤其在汽車底盤焊接生產線中最為突出。本文針對工業機器人構造及應用的特點，分析了多機器人系統存在的問題，提出多機器人系統的防撞控制方法，對汽車焊接操作中多機器人工作系統進行設計。

【關鍵詞】焊接機器人；汽車底盤焊接；應用

引言

工業機器人在早期就已經被人們應用在金屬切削行業、汽車制造業等領域中。當汽車工業不斷發展至今取得了一定程度的發展模式之后，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所付出的成本遠遠高于多個機器人的開發，因此在汽車焊接過程中應用多機器人系統，既經濟又實用。

1、關于多功能機器人的介紹

1.1、工業機器人的構造

機器人是一種能靈活完成特定操作的多種功能機器，一般由控制系統，驅動系統，執行裝置，檢測系統等四個部分組成。工業機器人是機器人家族中最重要的成員，具有自動控制、多功能、多自由度、可重復編程的特點，主要由機械手臂、控制裝置、機座、能源裝置和驅動裝置等幾部分構成。在汽車制造中使用機器人代替人工作業，可降低人工作業的難度，實現生產全自動化、重復精度高、有利于品質向上，保持品質精度的穩定性，并可通過編寫多種程式對應多種車型，實現柔性化生產。

1.2、工業機器人的分類

汽車工業中常用的機器人主要有焊接機器人、機械加工機器人、裝配機器人、噴漆機器人、檢查、測量機器人、移動式搬運機器人等。常用的焊接機器人主要有弧焊機器人和點焊機器人兩種，實際應用中，有單臺操作的焊接機器人，也有兩臺以上的組合操作的機器人焊接系統。。

2、機器人焊接生產線設計

設計焊接機器人生產線的設備之前，需要注意以下兩點：（1）在達到制造綱領的前提下，生產線要具備柔性條件。（2）生產質量達到要求。由于車架、后橋的焊縫特性，由于焊件的焊縫數相同，可優先以焊接變形小的原則來布置焊接順序，可采用雙、四工位焊接機器人柔性系統對其分別進行試焊。當生產綱領為雙班制、27天、月產8000套的生產計劃時，根據對各部件總成的焊縫數、焊縫尺寸的統計和對焊縫特性的分析，可由6套焊接機器人系統構成一個工作站來完成一條前車架生產線的生產。

3、關于多機器人系統在工汽車業上的應用技術

3.1、多機器人系統在工業應用

多機器人系統在工汽車業上存在的問題與解決方案從世界各國在工業上對機器人的發展應用來看，目前機器人系統還存在很多問題，例如型號差異大，使得不同生產商生產的東西端口不同，不能進行有效通信，雖然不會有過多的機械問題，但是在電氣控制方面出現了很多問題，而且不同機器人同時工作時，因為它們的自我保護系統并不完善，所以有可能會發生碰撞。為了解決這些問題，國家在機器人事業上，應該形成統一的內部結構，端口型號統一，便于不同機器人的信號連接，而且還可以避免浪費，節約不必要的成本，另外，還必須提高機器人系統中的自我保護系統作用，例如增加語言設計，警報設計等，這些設計將會大力推動我國機器人在工業生產中的作用，因為多機器人系統可以完成單機器人不同完成的工作，所以目前多機器人系統更受人們歡迎。多機器人系統工藝的完善主要還是要制定出良好的局部運動控制結構。

3.2、多機器人焊接工作系統的選擇、設計及構成

（1）選擇焊接工藝的參數。在焊接領域中的工藝參數主要包含：氣體流量、焊接電壓、焊接電流。開展自動焊接的流程中，全部的工藝參數都會事前設定完畢，具體控制的參數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整的，其他的一些工藝參數會按照工藝要求的不同，根據調整的示教程序自動生成。若焊絲直徑不同，在焊接電壓、焊接電流等參數的選用上也會有所不同，此外還會顯現出相對應的電弧行為與熔滴過渡模式。當明確了工藝參數的固定范圍以后，最后所生成的焊接參數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的焊縫性能。

（2）焊接夾具設計。利用機器人焊接工裝夾具將工件定位夾緊，保證工件焊縫的準確位置是保證機器人工作站做出合格產品的基礎。焊接夾具控制采用工作站式，以從站模塊遠程控制。在設計中焊接夾具采用標準化、模塊化。人機交互采用觸摸屏形式，觸摸屏選用OMRON型號。每個控制站均配備觸摸屏。在屏幕上可以非常方便地對參數進行數字設置，顯示窗口并實時數字顯示，操作簡潔。焊接夾具在機器人工作站中起著關鍵的作用，許多焊接機器人系統的成功與否也就是焊接夾具的設計有著密切的關系。自動焊接夾具的設計還應充分考慮降低操作者的勞動強度，提高人機工程，工件是否到位，焊接夾具應該有防錯的功能，若是試件裝配狀態較差未到位時，夾具不會實施下一個動作，而且夾具的自動夾緊及松開要有邏輯順序，防止機構或試件因操作的原因帶來的損壞。

（3）焊接機器人工作站系統的構成。焊接機器人的開發是以工業機器人為基礎，焊接機器人作為科學、先進的焊接設備所具備的優點為：提升工人勞動條件、提升焊接質量、穩定的性能等。在構成焊接機器人工作站系統方面，是由外圍設備和機器人的主要組成系統結合而成。機器人系統由示教、焊機系統、控制器、機器人本體構成。外圍設備包含：外圍接口、上下料裝置、焊接工作臺等。

3.3、汽車焊接上對多機器人系統的應用

在汽車焊接時，機器人在對接時主要靠智能感應，通過信息傳感器的作用對每一步操作都可以跟蹤控制每個細節操作，可以確保制造工藝的完整性，使焊接工作有序進行，在機器人焊接設備設計過程中，必須滿足生產需要，生產的產品質量要求必須過關。其一，在機器人的焊接系統結構中，體現的主要優勢是具有性能穩定的特點，可以大大提高焊接效率，減少人工操作量，提高工人生產環境。機器人工作站的主要構成部分是機器人的主體系統和其他工作設備，機器人又由主體和控制器，焊接系統等組成的，具有外接端口，可以很好的與其他設備通信。其二，在機器人焊接時工具的設計，需要有定位和夾緊系統，而且要精確定位焊接部位，焊接時要體現出標準化，模板化的特點，在數字顯示屏上要有實時的數字顯示，以便出錯時及時對參數做出修改，提高精確度，防止無意破壞。其三，對焊接系統中工藝參數的選擇，在焊接時的氣流控制用到的就是參數，調整氣體流量，氣壓，電壓，電流等，生產的工藝就會有所不同，所以必須選擇好參數提高工藝效果，改善性能。

結束語

根據以上的論述，對機器人的應用可以代替人們從事重復勞動或者危險勞動。在我國社會經濟不斷發展的過程中，汽車行業將高度柔性化放在了首位，為了能夠與柔性生產相適應，對多機器人的利用，可以滿足其需求進行多種產品和零件的焊接，以此來滿足不斷增加的小批量、多品種零件的不同要求。

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（作者單位：長城汽車股份有限公司）