機器人系統在汽車車身制造技術中的應用

宣奇才 楊偉東

【摘 要】目前我國許多領域都廣泛地應用機器人代替人工進行生產操作。作為一種人工智能產品，工業機器人結合了機械、傳感、操控和電子計算等多項技術。文章研究分析了汽車車體焊接制作環節中多類連接工藝和機器人操作技術之間的復合應用模式及發展方向。

【關鍵詞】機器人；汽車車身；制造技術；應用

引言

傳統的汽車制造工業生產效率低、勞動強度大、工作環境差、自動化程度低。焊接作為制造業的傳統技術與工藝，發展十分迅速。隨著計算機技術、自動控制、數控及機器人技術的發展，自動焊接機器人技術已日益成熟，焊接機器人不僅提高了操作的穩定性而且提高焊接質量和生產效率，并且改善了操作者的勞動環境。目前焊接機器人在汽車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝過程中都有廣泛應用，其中應用以弧焊機器人和點焊機器人為主。

1、汽車車身焊接機器人操作機構的組成元素

焊接機器人操縱裝備體系是功能獨立、動作空間大、操作形態變化機動性強、自動控制水平高、柔性效能佳的焊接作業機構，具備加工效能豐富、反復操作時精準性強、對接品質佳、抓取負荷重、操作效率高、操控安全可靠等工藝特性。焊接機器人裝備是焊接工藝達到柔性指標要求的必然選擇，是否選用焊接智能機器人這一先進性加工工具是車身焊接作業線是否具備應有柔性化水平的基本特征之一。焊接智能機器人操作機構的組成總體來說是由焊接型智能機器人主體、機器人操控器、工裝現場轉換接觸器、工裝轉回操作支架、自動調整支座以及機器人設備本體等多類部件所組成。在具體焊接操作過程中，再依據相應的組裝要求實施與之相配套的功能組合。對某一已確定型號的智能機器人來講，也就確定了其本身所具有的抓重、操作半徑、加工精度等主要操作指標，其加工高度可利用不同尺寸的機座來進行調配。智能機器人的操控機構是由調控器來承擔，程序編制是依靠人工操作鍵盤來實現。一般情況下焊接智能機器人具備一專多能的用途，比如可以同步完成拼組和焊接工序，或是同步完成涂膠和對接工序等，此類過程是依托焊裝智能機器人機構本身的快速調換接頭及工裝機架的操作組合來快速完成的，所耗時間只有幾秒，由此大幅度提升智能機器人的操作功效，減低工程運行成本。

2、點焊機器人優缺點

優點：在傳統的汽車焊裝領域中，由于車型較為單一，所以汽車焊裝生產線焊裝方法也是單一的，但隨著汽車制造業的高速發展，車型更加多元化，每一種車型成型結構復雜，焊接機器人的出現很好地解決了這一問題。由于焊接機器人有著較高的靈活性，使得日常生產也更為“柔性化”，它可以實現在一個總拼工位上同時進行多個車型的焊裝生產，這樣就大大地提高了工作效率和生產質量。

缺點：目前國內汽車制造企業大量引用進口焊接機器人，這樣對焊接機器人的操作者和設備維護人員有著更高的要求，并且機器配件相對較貴，一旦設備發生故障，配件供應不及時，對企業生產效率有很大的影響。

3、工業機器人在汽車制造領域的應用

3.1、在車體焊接中的應用

除了零件搬運這種基礎的工作，工業機器人在汽車制造車體焊接的環節也有著重要的應用。車體焊接主要分為點焊和弧焊。點焊技術和弧焊技術在整個汽車車身的制造環節都占據著重要的地位。在車身焊接的過程中，能否規劃好焊接路線直接影響著車身質量的好壞和性能的優劣。而工業機器人就可以很好地解決這一問題，例如，在工業機器人中安裝適合的焊接工具和運行適合的程序，能夠保證機器人在車身點焊的過程中，降低偏差，提高點焊的精確程度，達到更好的點焊效果。汽車車體弧焊環節也是如此，通過給機器人安裝高精度傳感器，利用計算機技術控制機器人的運行路線和運動軌跡，此外也可以利用機器人圓弧插補和直線插補的特點，將弧線焊接和直線焊接相結合，達到更好的焊接效果。綜合點焊與弧焊，只依靠工業機器人就足以完成整個車體的焊接工作。

3.2、機器人壓合工藝和機器人在線檢測技術在車身制造中的應用

（1）智能機器人在汽車車體壓合工藝中的運用：壓合工藝在高品質汽車制造過程中占有極其重要的地位，傳統的壓合技術一般采用模具和壓機結合的形式，其投資費用較高、占地面積較大。機器人系統與壓合技術的結合產生了機器人滾邊壓合新技術，它通過機器人與特殊設計壓合滾輪的配合，在一定的焊接壓力下實現諸如天窗頂蓋、四門兩蓋的壓合方式連接。該技術可以實現多品種的混流生產，這樣可以降低投資成本。通過快速的涂膠系統可以滿足不同類型涂膠的要求，涂膠均勻可靠，尤其對于特殊膠型可以實現精確的控制，提高涂膠速度。

（2）在線檢測系統取得的效果：通過機器人在線檢測系統的應用，既可實現對生產過程中異常車身尺寸波動的預警，又可實現檢測數據庫的搭建。①通過對過程異常車身尺寸預警，規避了批量問題車身的生產且能夠正向識別問題，降低不合格產品數量；②車身檢測數據庫的搭建，通過對指定時間段的車身數據匯總分析，有利于逆向識別整車裝配所產生的問題位置，便于問題解決，提高問題解決效率。

3.3、無線藍牙通信在白車身制造車間的應用

（1）汽車制造業是我國國民經濟的重要支柱之一，也是各種先進設備和技術前沿試驗基地。制造企業越來越意識到利用機器人進行制造加工對企業生產效率、成本、效益等方面的巨大優勢，不僅可以降低人力成本，顯著提高生產效率和質量，也能很好地契合當前個性化定制、柔性化生產的發展方向。為此，企業為了贏得更多的利益和市場口碑，紛紛大力引進機器人，搶占戰略制高點，為企業后續的發展奠定基礎與技術保障。

（2）藍牙傳感器采用Ad-hoc使用方式。該方式下的傳感器將數據發送給機器人控制器，控制器根據接收到的控制信號控制各關節運動，完成相應的操作任務，數據不需要上傳，一切功能都在本地完成。將藍牙技術與傳感器技術相結合，取代傳統的電纜連接方式，改變了汽車白車身生產車間焊接機器人的控制和數據通信方式。

3.4、在汽車零部件焊接中的應用

在汽車零部件的生產中廣泛地采用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧焊等焊接工藝。例如：橫梁總成托架點焊，傳動軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續閃光對焊，汽車轉向臂、消聲器的電弧焊等。

結束語

綜上，由于汽車車身制造的批量化、多樣化、高效率以及對產品質量一致性的要求，機器人系統在汽車車身制造技術中得到了普遍的應用，將機器人技術與激光連接技術進行復合使用，可充分發揮各類技術的優勢，獲得最佳連接效果。

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（作者單位：精誠工科汽車系統有限公司底盤研究院工藝開發部）