于向臣 陳相川

【摘 要】焊接機(jī)器人系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，首先推廣應(yīng)用的汽車零部件的生產(chǎn)，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中。本文以上海匯眾汽車制造有限公司及相關(guān)合資企業(yè)在制造桑塔納、帕薩特、別克、賽歐等轎車后橋、副車架、搖臂、懸架和減振器等轎車底盤零件以焊接機(jī)器人系統(tǒng)（工作站）形式在生產(chǎn)流水線中為一個工位.本文首先分析了多機(jī)器人的構(gòu)造特點，并且合理分析了這種系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題以芡提出了可行性解決方案，對多機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計改善。

【關(guān)鍵詞】焊接機(jī)器人；汽車底盤；應(yīng)用

引言

工業(yè)機(jī)器人在早期就已經(jīng)被人們應(yīng)用在金屬切削行業(yè)、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域中。當(dāng)汽車工業(yè)不斷發(fā)展至今取得了一定程度的發(fā)展模式之后，單個的機(jī)器人已無法滿足汽車焊接的需要，與此同時對單個機(jī)器人的開發(fā)所付出的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多個機(jī)器人的開發(fā)，因此在汽車焊接過程中應(yīng)用多機(jī)器人系統(tǒng)，既經(jīng)濟(jì)又實用。

1、機(jī)器人的體系

1.1、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造及分類

機(jī)器人是一種能靈活完成特定操作的多種功能機(jī)器，一般由控制系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，執(zhí)行裝置，檢測系統(tǒng)等四個部分組成。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)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(fù)編程的特點，主要由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能源裝置和驅(qū)動裝置等幾部分構(gòu)成。在汽車制造中使用機(jī)器人代替人工作業(yè)，可降低人工作業(yè)的難度，實現(xiàn)生產(chǎn)全自動化、重復(fù)精度高、有利于品質(zhì)向上，保持品質(zhì)精度的穩(wěn)定性，并可通過編寫多種程式對應(yīng)多種車型，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。汽車工業(yè)中常用的機(jī)器人主要有焊接機(jī)器人、機(jī)器加工機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、檢查、測量機(jī)器人、移動式搬運機(jī)器人等。常用的焊接機(jī)器人主要有弧焊機(jī)器人和點焊機(jī)器人兩種，是實際應(yīng)用中，有單臺操作的焊接機(jī)器，也有兩臺以上的組合操作的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。

1.2、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造

機(jī)器人顧名思義是能夠代替人類靈活完成危險生產(chǎn)或者重復(fù)工作的機(jī)器，在一般情況下包含：檢測系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分。在機(jī)器人中包括工業(yè)機(jī)器人，同時工業(yè)機(jī)器人是作為最主要的成員，擁有可重復(fù)編程、多自由度、多功能、自動控制等特點，具體是由驅(qū)動裝置、能源裝置、機(jī)座、控制裝置、機(jī)械手臂等部分組成。汽車在焊接的過程中應(yīng)用機(jī)器人替代人工進(jìn)行作業(yè)，能夠充分的降低人工作業(yè)的難度，能夠達(dá)到重復(fù)精準(zhǔn)度高、生產(chǎn)自動化的目的，還能夠利用對固定車型的程式編寫，進(jìn)行柔性化的生產(chǎn)。

2、發(fā)展現(xiàn)狀

在近十年的汽車行業(yè)里，國內(nèi)的汽車品牌歷經(jīng)艱難的起步階段，已逐漸發(fā)展壯大，像吉利汽車、長城汽車、奇瑞汽車等已成為國內(nèi)中、低檔汽車品牌的主流，不僅在國內(nèi)銷售量逐漸看好，在國外發(fā)展中國家的汽車市場也占據(jù)一定席位。隨著各品牌汽車銷量成曲線增長趨勢，相對的汽車生產(chǎn)線也需要配備更先進(jìn)的技術(shù)及其生產(chǎn)設(shè)備，以滿足高品質(zhì)、高效率的生產(chǎn)需要。德國的大眾汽車、日本的豐田汽車、韓國的現(xiàn)代汽車等世界知名品牌的汽車生產(chǎn)制造商，由于起步較早，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實力雄厚，積累的原始資金較早地投入到汽車的生產(chǎn)和研發(fā)當(dāng)中，焊接機(jī)器人已經(jīng)成熟的運用到汽車生產(chǎn)線中，在批量化的生產(chǎn)中，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)利益，節(jié)約了一定的生產(chǎn)成本。以德國大眾的現(xiàn)代化汽車工廠為例，在汽車底盤的生產(chǎn)線上，76%的裝配、焊接作業(yè)都由機(jī)器人來完成。

3、關(guān)于多機(jī)器人系統(tǒng)在工汽車業(yè)上的應(yīng)用技術(shù)

3.1、工業(yè)機(jī)器人存在的問題

從各國的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人主要存在標(biāo)準(zhǔn)繁多，不利于各廠家的設(shè)備之間搭接和通訊；機(jī)械故障較少，電氣控制設(shè)備故障率較高；多臺機(jī)器人的工作碰撞問題；機(jī)器人的自我保護(hù)機(jī)制缺乏的問題。為避免少走彎路和減少不必要的社會資源的巨大浪費，我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展需要統(tǒng)一機(jī)器人內(nèi)部控制系統(tǒng)的語言和基本操作模塊并提供互相通信的接口，廣泛開展工業(yè)機(jī)器人合理布局的研究，并開展人與機(jī)器人之間和諧工作關(guān)系的研究，提高機(jī)器人的自我保護(hù)能力，這將推動我國工業(yè)機(jī)器人的穩(wěn)健發(fā)展。由于多機(jī)器人系統(tǒng)能解決實際中單機(jī)器人操作中存在的問題，多機(jī)器人技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。多臺機(jī)器人的工作碰撞問題既有設(shè)備布局工藝的問題，也有多臺機(jī)器人之間缺乏通信的原因，但主要的還是其運動規(guī)劃控制結(jié)構(gòu)的制定。

3.2、多機(jī)器人同時工作時防碰問題

目前，機(jī)器人的運動控制還只是在二維層面，但是，實際工作中，機(jī)器人要面對的處境往往處于動態(tài)之中，而且是非結(jié)構(gòu)的，因此，這種情況下機(jī)器人之間的碰撞就不可避免了。機(jī)器人的運動控制系統(tǒng)大多是包容式的，即其整體結(jié)構(gòu)包含很多個小結(jié)構(gòu)部分，每個部分控制不同的行為目標(biāo)，不同行為信息通過傳輸匯合到一起，機(jī)器人才會做出動作，但有時各個局部情況不一樣，又是一個部分出錯，最終信息就會有偏差，也會讓機(jī)器人動作變慢，所以如果工作環(huán)境改變了，就需要重新建模，當(dāng)機(jī)器人觀察到目標(biāo)之后，首先任務(wù)是避開障礙物向目標(biāo)行進(jìn)，如果周圍沒有其他機(jī)器人，則首要任務(wù)是直接向目標(biāo)點進(jìn)行。

4、汽車底盤焊接生產(chǎn)線分析

4.1、產(chǎn)品特點

汽車底盤車架和后橋均為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件總成，必須要求汽車制造企業(yè)的研究部門以高度專業(yè)化的精神來設(shè)計研發(fā)，來確保焊接時接頭和焊縫的尺寸精度符合工藝要求。但零部件間的焊縫多為搭接接頭和角接接頭，具有施焊難度大的特點，因此焊接質(zhì)量的好壞直接影響整車質(zhì)量的評定指標(biāo)，對其行駛的穩(wěn)定性和安全性有極為重要的影響。

4.2、底盤焊接生產(chǎn)線

根據(jù)各部件總成的工藝分析，可對相應(yīng)的部件總成生產(chǎn)線上的焊接機(jī)器人系統(tǒng)配備iWeld5程序軟件作為系統(tǒng)的大腦，使雙、四工位機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的升級，對每臺機(jī)器人和周邊裝置的運行狀態(tài)以及焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行實時在線監(jiān)控，通過信息化升級，可滿足技術(shù)部門對焊接設(shè)備的數(shù)據(jù)采集要求，便于焊接設(shè)備實現(xiàn)集中管理，有助于提高每道工序的工藝一致性，通過數(shù)據(jù)分析提高設(shè)備利用率。

5、汽車焊接上對多機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用

在汽車焊接時，機(jī)器人在對接時主要靠智能感應(yīng)，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(xì)節(jié)操作，可以確保制造工藝的完整性，使焊接工作有序進(jìn)行，在機(jī)器人焊接設(shè)備設(shè)計過程中，必須滿足生產(chǎn)需要，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要求必須過關(guān)。其一，在機(jī)器人的焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，體現(xiàn)的主要優(yōu)勢是具有性能穩(wěn)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(chǎn)環(huán)境。機(jī)器人工作點的主要構(gòu)成部分是機(jī)器人的主體系統(tǒng)和其他工作設(shè)備，機(jī)器人又由主體和控制器，焊接系統(tǒng)等組成的，具有外接端口，可以很好的與其他設(shè)備通信。其二，在機(jī)器人焊接時工具的設(shè)計，需要有定位和夾緊系統(tǒng)，而且要精確定位焊接部位，焊接時要體現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化，模板化的特點，在數(shù)字顯示屏上要有實時的數(shù)字顯示，以便出錯時及時對參數(shù)作出修改，提高精確度，防止無意破壞。其三，對焊接系統(tǒng)中工藝參數(shù)的選擇，在焊接時的氣流控制用到的就是參數(shù)，調(diào)整氣體流量，氣壓，電壓，電流等，生產(chǎn)的工藝就會有所不同，所以必須選擇好參數(shù)提高工藝效果，改善性能。

結(jié)束語

根據(jù)以上的論述，對機(jī)器人的應(yīng)用可以代替人們從事重復(fù)勞動或者危險勞動。在我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，汽車行業(yè)將高度柔性化放在了首位，為了能夠與柔性生產(chǎn)相適應(yīng)，對多機(jī)器人的利用，可以滿足其需求進(jìn)行多種產(chǎn)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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