ABB 工業(yè)機(jī)器人的焊接路徑規(guī)劃

◎ 頔張昀

（作者單位：天津市電子信息技師學(xué)院自動(dòng)化工程系）

一、引言

傳統(tǒng)的焊接操作由人工完成，其主要可能產(chǎn)生的問題是焊接時(shí)間長、焊縫焊點(diǎn)不夠均勻，同時(shí)焊接工屬于特殊工種，對(duì)人體健康有一定影響，并且在焊接過程中可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。自從焊接工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用以來，代替了人工焊接生產(chǎn)，從安全性、效率性、工藝性等均有大幅度提升。尤其在汽車生產(chǎn)行業(yè)中，其車身焊點(diǎn)數(shù)量眾多，人工焊接常有“丟焊”的情況，而應(yīng)用機(jī)器人后，可完美解決此類問題，并提高焊接質(zhì)量。

二、路徑規(guī)劃和編程思路

焊機(jī)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)操作的環(huán)節(jié)中，主要包括焊機(jī)的調(diào)試、焊機(jī)與機(jī)器人控制器的連接、焊絲送料裝置的調(diào)校、二氧化碳?xì)怏w送檢裝置的調(diào)校、焊接軌跡的路徑規(guī)劃、工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試。一般情況下工業(yè)機(jī)器人參與的焊接多數(shù)采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，這種焊接方式成本低、安全、可靠。本文從焊接軌跡路徑規(guī)劃和編程的角度，闡述焊接工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用方式。

在實(shí)際生產(chǎn)焊接中，焊接路徑主要包含直線和曲線兩種形式。如圖所示是某零件的縫隙，需要經(jīng)過工業(yè)機(jī)器人焊接，達(dá)到焊縫全覆蓋且焊點(diǎn)均勻的目的。為方便闡述，已在圖中標(biāo)記若干點(diǎn)位。其中，P10 是機(jī)器人焊接工具在焊縫垂直向上的位置，焊槍下落后至焊縫起始點(diǎn)P20。從P20 至P30 是一段直線，P30 至P70 是兩段明顯的曲線，而P40 是第一段曲線P30-P50 的中間點(diǎn)，P60 是第二段曲線P50-P70 的中間點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人焊接路徑時(shí)，首先要對(duì)路徑的直線和曲線進(jìn)行劃分，然后針對(duì)每條曲線，找出其起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)。在曲線的路徑規(guī)劃過程中，曲線的弧度不可超過π，即每條曲線不可超過半個(gè)圓形軌跡，尤其在對(duì)一個(gè)正圓軌跡規(guī)劃是，至少將該正圓劃分為兩段曲線。從曲線路徑軌跡規(guī)劃的實(shí)踐中表明，將一段弧線劃分地越細(xì)致，該曲線的軌跡越接近實(shí)際曲線。但在焊接軌跡的設(shè)計(jì)中則要盡量減少焊接軌跡的中間點(diǎn)，因?yàn)樵诿看魏附榆壽E點(diǎn)與點(diǎn)之間切換運(yùn)行過程中，都會(huì)增加一定的焊接慣性，極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)接點(diǎn)的位置焊點(diǎn)過大，造成不美觀的情況，有時(shí)會(huì)不符合焊接生產(chǎn)工藝。

在針對(duì)該段軌跡的編程時(shí)，首先，利用ABB 工業(yè)機(jī)器人的MoveJ 指令，利用手動(dòng)示教調(diào)整機(jī)器人焊槍的位置至P10 點(diǎn)，即焊接起始點(diǎn)位的正上方10mm 左右，為焊接做準(zhǔn)備。然后用MoveL指令，完成焊槍從P10 至P20、P20 至P30 的移動(dòng)和焊接。接著用MoveC 指令完成P30-P70 的兩段弧線焊接，最后用MoveL 指令垂直抬起焊槍，完成該路徑的焊接。該部分參考程序如下：

MoveJ P10，V300，Z1，tool0；

MoveL P20，V50，Z1，tool0；

MoveL P30，V30，Z1，tool0；

MoveC P40，P50，V30，Z1，tool0；

MoveC P60，P70，V30，Z1，tool0；

MoveL P80，V50，Z1，tool0；

在該部分程序運(yùn)行時(shí)，第一步調(diào)整工業(yè)機(jī)器人焊槍位置的指令，采用V300 的速度，即在自動(dòng)全速運(yùn)行時(shí)，速度為300mm/s；在從P10 至P20 垂直下降的過程中，速度減緩至50mm/s，以防止速度過快產(chǎn)生較大慣性；自焊接開始后，速度調(diào)至30mm/s，保證焊接質(zhì)量的情況下，采用較低速度，使焊點(diǎn)符合工藝要求。其具體焊接速度可以根據(jù)焊接現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。在運(yùn)行過程中的坐標(biāo)采用工具坐標(biāo)tool0，在選取坐標(biāo)時(shí)，要考慮焊接工件的實(shí)際情況，如果焊接工件是水平放置，便可以采用大地坐標(biāo)、工具坐標(biāo)一致的坐標(biāo)系。如果一旦工件為非平整工件，那么在焊接時(shí)必須首先自定義建立一個(gè)工件坐標(biāo)，然后在焊接過程中，全程使用工件坐標(biāo)運(yùn)行，以完成相應(yīng)焊接操作。坐標(biāo)系的選取在焊接過程中也是不可忽略的重要因素之一。

三、焊接機(jī)器人路徑規(guī)劃的常見問題和解決方式

1.手動(dòng)調(diào)試時(shí)必須關(guān)閉焊機(jī)。

在焊接機(jī)器人應(yīng)用過程中，路徑規(guī)劃是在手動(dòng)調(diào)試過程中完成的。在手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，一般情況下制作路徑規(guī)劃，而不能進(jìn)行手動(dòng)焊接，否則會(huì)由于弧光等因素，對(duì)操作者視力造成影響，也極易釀成事故。因此在手動(dòng)調(diào)試過程中，必須關(guān)閉焊機(jī)，關(guān)閉ABB手持設(shè)備中生產(chǎn)模式的開關(guān)，且在手動(dòng)調(diào)試前必須反復(fù)檢查是否關(guān)閉焊機(jī)。在生產(chǎn)調(diào)試過程中，由于未關(guān)閉焊機(jī)釀成的事故屢見不鮮。

2.自動(dòng)運(yùn)行后軌跡出現(xiàn)偏差。

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用最大特點(diǎn)就是高精度、高重復(fù)精度，特別適合一致性生產(chǎn)和批量生產(chǎn)模式。因此在路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要保證每一個(gè)生產(chǎn)工件，在每一次焊接前所到達(dá)的位置必須一致，這主要取決于上一級(jí)生產(chǎn)的精度和準(zhǔn)確度。例如，該待焊接的工件由PLC 控制的電機(jī)傳送帶運(yùn)送至焊接操作區(qū)域，則必須保證每次運(yùn)送至此的工件位置無較大偏差。或上一級(jí)由搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人將待焊接件，抓取運(yùn)送至待焊接區(qū)域，如果采用工業(yè)機(jī)器人完成上一級(jí)運(yùn)送操作，則精度便會(huì)很高，會(huì)避免焊接軌跡與焊縫不吻合的情況。

四、結(jié)束語

目前焊接機(jī)器人能夠完成的焊接主要以平面部件為主，路徑軌跡規(guī)劃較為簡單。在立體焊接中的軌跡路徑規(guī)劃，則需要構(gòu)建更為復(fù)雜的工件坐標(biāo)系，甚至要將待焊接件放置旋轉(zhuǎn)載體上，應(yīng)用焊接機(jī)器人完成更為復(fù)雜的焊接。良好的焊接路徑軌跡規(guī)劃，是提升自動(dòng)焊接生產(chǎn)效率的重要前提。