工業機器人工作站系統集成研究與實踐

李占林 陳艷

摘要：機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。使用工業機器人可以降低廢品率和產品成本，提高了自動化生產線的利用率，降低了工人誤操作帶來的殘次零件風險等，其帶來的一系列效益也是十分明顯的。因此，在機器人技術快速提升、人力資源短缺、人力成本逐年提升等多種因素的共同作用下，使得工業機器的應用成為企業的迫切需要。為此，錦州立德減振器有限公司與遼寧理工職業學院合作對機器人進行改造，安裝、調試、將機器人投入到生產線中代替單調的、重復的體力勞動進而提高生產效率和現代化生產水平。

關鍵詞：工業機器人;系統集成;生產效率

該項目在松下焊接工業機器人的基礎上，通過示教編程實現了焊接作業。將焊槍移至生產設備實施焊接，提高了生產效率，減輕了操作者繁重的體力勞動。一個完整的工業機器人弧焊系統是由工業機器人、焊槍、焊機、送絲機、焊絲、焊絲盤等組成，要想使焊接機器人完成焊接作業適用于生產，就必須要解決以下難點：

一、工作站系統組成及各單元間的連接

本工作站系統中弧焊系統是各外圍設備中最重要的一環。包括焊接專用電源、送絲機構、焊槍、剪絲器、焊槍清理裝置、保護氣裝置。這些設備在機器人控制柜的控制下與機器人系統配合完成弧焊任務。

（一）焊接電源

焊接電源是弧焊系統中最重要的設備，因為焊接電源的性能強烈影響著焊接質量。一臺能夠精確控制電壓電流的焊接電源肯定能更好地控制焊接質量。系統采用Panasonic YD-350GL機器人專用焊接電源，能與機器人控制柜通過IO通訊，焊接信號及焊接參數通過控制柜傳遞給焊接電源。

（二）送絲機構

送絲機構保證在焊接過程中，不斷均勻送入焊絲以補充焊絲的消耗，在送絲過程中，送絲機應保證送絲的穩定均勻，否則容易卡住送絲機造成送絲困難，影響焊接質量。送絲機綁定在機器人上，其大小重量對機器人的空間運動有著一定的影響，太大和太重的送絲機往往增大了機器人的負荷，增大運動慣性，因此降低了機器人運動時的穩定性和精確性。

（三）焊接保護氣

焊接保護氣目前使用較多的是二氧化碳保護氣和氬保護氣，這兩種保護氣有各自的優缺點。由于二氧化碳氣體熱物理性能的特殊影響，使用常規焊接電源時，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷。因此，與MIG焊自由過渡相比，飛濺較多。但如采用優質焊機，參數選擇合適，可以得到很穩定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護氣體價格低廉，采用短路過渡時焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內部缺陷的高質量焊接接頭。

二、弧焊機器人信號設定

自動化生產線通過傳感器與機器人連接，每個工位上都裝有傳感器，用于檢測工件位置，當傳感器檢測到某個工位上有信號時機器人啟動焊接作業，焊接完成之后進行下一工位工件的焊接作業，進而實現自動化生產線與工業機器人之間的信號交互。為了完成弧焊機器人與生產線的系統集成，必須根據板卡的地址情況進行信號的分配。主要信號有數字輸出信號和數字輸入信號。

三、程序的編制

（一）對機器人的路徑進行規劃

在編寫程序的過程中為了避免機器人碰撞和姿態方面的問題，我們需要對機器人的路徑進行規劃，在選擇機器人的運行軌跡和操作方法時，采用示教點的方法，即在機器人的運行軌跡上設置一些關鍵點，主要包括拾取點Pick，放置點Place、程序起始點Home、安全點等等，通過這些關鍵點能夠大致確定機器人的運行路線。

（二）運動指令的選擇

在進行機器人的編程時，為了使機器人按照規劃的路徑精確、安全地達到指定位置。必須要根據路徑特點擇優選擇機器人的運動指令，主要包括MoveL 、MoveJ和 MoveC。示教時，可以使用多種插補方式，最常用的為自由插補MoveJ，機器人能夠根據速度和精度合理安排各個軸的運動方式，直線插補MoveL 也比較常見，往往用于直線上的弧焊。圓弧插補MoveC比較不常見，這種插補方式用于焊接一些比較復雜的工件。

（三）程序的結構化設計

為了提高程序的可移值性，我們采用了主程序調用子程序的設計方式，完成了搬運機器人所要實現的全部功能，使機器人可以按照我們預先設置好的路徑移動。該機器人改造集成項目成功地實現了減震器生產線的一個工序。機器人投入運行后，將大幅度減輕操作者的勞動強度，使操作更為簡便，勞動生產率可提高30%。提高產品的質量，合格率由原來的96%提高到99.9%。積累經驗后為整條生產逐漸增加工業機器人，實現整個生產線規范化、科學化和經濟化，解決單調、重復的體力勞動，降低勞動力。同時也是提升公司科學技術水平，進而提高生產效率和產品質量。

四、結語

工業機器人是最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業的支撐技術和信息化社會的新興產業，將對未來生產和社會發展起著越來越重要的作用，為企業發展指明方向。

參考文獻：

[1]汪勵，陳小艷.工業機器人工作站系統集成[M].北京：機械工業出版社，2014.