羅愷 王忠科 范梅梅

摘要：在工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的發(fā)展中，我國機(jī)器人技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，并在工業(yè)領(lǐng)域獲得了十分廣泛的應(yīng)用?；诖?，本文主要結(jié)合工業(yè)機(jī)器人及其構(gòu)成，對工業(yè)機(jī)器人的焊接原理及程序進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;焊接原理;焊接程序

中圖分類號：TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0074-02

0? 引言

作為應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人具有較高的靈活性，具備多關(guān)節(jié)機(jī)械手的機(jī)器裝置，能夠依賴于自身動力能源以及控制功能達(dá)到加工制造的作用。目前工業(yè)機(jī)器人在物流、電子、化工等多個領(lǐng)域都得到了比較廣泛的應(yīng)用，對提升工業(yè)企業(yè)效率，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升、降低成本等都具有非常重要的意義。

1? 工業(yè)機(jī)器人概述

在現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的進(jìn)程中，為了有效提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率，工業(yè)機(jī)器人的引進(jìn)已是推進(jìn)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，這種面向工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器裝置，往往可以更加靈活的執(zhí)行相關(guān)程序設(shè)定的工作，并能夠依靠控制能力與自身動力實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域需要的各種功能。在工業(yè)領(lǐng)域的實際應(yīng)用中，工業(yè)機(jī)器人既能夠直接接受指揮，也能夠依據(jù)人們事先安排好的程序執(zhí)行相關(guān)指令，實現(xiàn)相應(yīng)的功能;除此之外，在現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)的支持下，工業(yè)機(jī)器人還可以與人工智能技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，從而實現(xiàn)更多不同的功能與操作。在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中，機(jī)器人具有十分廣泛的應(yīng)用，特別是在汽車零部件制造及汽車相關(guān)行業(yè)，機(jī)器人的應(yīng)用價值十分顯著。就目前工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展來說，其作為各國政府財政扶持的重點項目，是具有極大發(fā)展空間的新興產(chǎn)業(yè)之一[1]。

通常情況下，工業(yè)機(jī)器人主要有三個部分，即機(jī)械、控制及傳感三部分;這三個部分又可分為六個系統(tǒng)：

第一，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。從這一部分來看，可在大體上將工業(yè)機(jī)器人分為并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人。在我國早期應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的相對更多;但就目前來說，使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人逐漸增加，從并聯(lián)機(jī)構(gòu)上來說，主要需通過動平臺、定平臺，以兩個獨(dú)立運(yùn)動鏈將其連接，如此一來，該機(jī)構(gòu)同時具備兩個（或以上）自由度，能夠在并聯(lián)驅(qū)動下形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。另外，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，其主要構(gòu)成包含了手腕、手臂等部分，其中手腕主要負(fù)責(zé)主體與工具的連接，而手臂活動區(qū)相對影響空間較大。通過對比串聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)器人也能夠發(fā)現(xiàn)，后者具有更大的承載能力，其剛度也更大，運(yùn)動負(fù)荷更小，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更適合現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。

第二，驅(qū)動系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要需向機(jī)械結(jié)構(gòu)提供動力。結(jié)合動力源的區(qū)別，一般可將該系統(tǒng)分為氣壓式、液壓式、機(jī)械式、電氣式等四種。在早期應(yīng)用中，多采用液壓驅(qū)動式工業(yè)機(jī)器人，但液壓系統(tǒng)在使用中存在噪聲、泄露以及低速不穩(wěn)等情況，因而現(xiàn)階段僅有大型重載機(jī)器人或一些特殊場合應(yīng)用中使用液壓驅(qū)動方式。就現(xiàn)階段而言，在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用最多的就是電力驅(qū)動方式，這一驅(qū)動形式響應(yīng)更快，驅(qū)動力也更大，同時其電源取用更加方便，并具有更方便的檢測、傳遞、處理信號能力，可在多種不同的控制方式下進(jìn)行便捷、靈活的應(yīng)用，正是因為這些優(yōu)勢，其應(yīng)用相對來說也最為廣泛。

第三，感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)h(huán)境信息、機(jī)器人內(nèi)部信息等經(jīng)信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器間能夠理解并應(yīng)用的信息和數(shù)據(jù)，除這些相關(guān)信號外，該系統(tǒng)還需要感知速度、力、位移等與自身工作狀態(tài)相關(guān)的機(jī)械量，在工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)階段的研發(fā)中，視覺感知技術(shù)是非常關(guān)鍵的一個方面。作為反饋視覺信號的視覺伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效控制機(jī)器人的姿態(tài)與位置，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于多個方面，諸如工件識別、檢測質(zhì)量、分揀食品以及商品包裝等方面。

第四，控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要可結(jié)合傳感器反饋的信號以及作業(yè)指令，支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并通過相關(guān)指令的支配，指示機(jī)器人相關(guān)機(jī)構(gòu)行動，進(jìn)而實現(xiàn)規(guī)定功能。在工業(yè)機(jī)器人的行動中，若不具備相應(yīng)的信息反饋功能，一般可將其視為開環(huán)控制系統(tǒng);反之，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

此外，在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，由于控制原理的不同，還可將其劃分為以下三種：①程序控制系統(tǒng);②人工智能控制系統(tǒng);③適應(yīng)性控制系統(tǒng)。由于控制運(yùn)動形式的不同可分為以下兩種：①點位控制;②連續(xù)軌跡控制。

第五，人機(jī)交互系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)將人與機(jī)器人進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并可通過相關(guān)程序的設(shè)置，實現(xiàn)人員對機(jī)器人的控制。例如：計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)終端、信息顯示板、危險報警裝置等都是人機(jī)交互系統(tǒng)功能的體現(xiàn)。

第六，機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計中，這一系統(tǒng)十分關(guān)鍵，能夠顯著發(fā)揮協(xié)調(diào)與聯(lián)系機(jī)器人與外部環(huán)境的作用。其主要表現(xiàn)一般為功能單元的集成，比如：加工制造單元、裝配單元、焊接單元等。此外，在實際設(shè)計、應(yīng)用中，還可以同時借助多臺機(jī)器人，將其設(shè)計集成為相對復(fù)雜的功能單元，完成復(fù)雜的指令。

2? 工業(yè)機(jī)器人焊接原理分析

熔接，即焊接，主要是將兩種（及以上）同種或不同種材料經(jīng)過加壓、加熱（也可加壓與加熱同時進(jìn)行），達(dá)到促使兩工件原子間產(chǎn)生結(jié)合的一種加工與聯(lián)接方式[2]。目前，在多個領(lǐng)域的生產(chǎn)與加工中都會用到焊接技術(shù)，該技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)制造行業(yè)中的重要技術(shù)，不僅在工業(yè)制造中具有重要作用，在石化、煤炭、礦山、建筑、輕工紡織等多個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有極大的應(yīng)用價值。而在工業(yè)機(jī)器人的加工制造中，焊接技術(shù)也是必不可少的機(jī)械技術(shù)之一。

從構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的部分來看，在操作中主要涉及兩大部分，其一焊接設(shè)備;其二機(jī)器人。在這兩部分中，組成機(jī)器人的主要構(gòu)件有：

①控制柜（硬件及軟件）;

②機(jī)器人本體兩部分。

從焊接設(shè)備方面來說（本文主要以電焊與弧焊為例），主要包含以下幾部分組成：

①焊接電源（控制系統(tǒng)）;

②焊槍（鉗）;

③送絲機(jī)（弧焊）等。

對于智能機(jī)器人而言，在實際設(shè)計中還包含一些傳感裝置以及控制裝置，如攝像、激光傳感器等。另外，在具體進(jìn)行焊接操作的過程中，需應(yīng)用到專用的焊接輔助設(shè)備——焊接變位機(jī)，該設(shè)備能夠靈活的應(yīng)用于回轉(zhuǎn)工作的焊接變位，并以理想的焊接姿態(tài)、位置、速度進(jìn)行焊接。一般情況下，這一設(shè)備的主要構(gòu)成主要包含兩部分：①工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);②翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在實際應(yīng)用中可借助工作臺的升降、回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)將固定在工作臺上的工件置于需要的焊接角度，具有良好的定位能力，同時還可以獲得非常理想的焊接效果。

從機(jī)器人焊接原理方面來看，具體焊接中，一般需結(jié)合外部數(shù)字焊機(jī)（或模擬焊機(jī)）與機(jī)器人本體組合，在其內(nèi)部以GSK-Link總線通信方式，以及虛擬、標(biāo)準(zhǔn)I/O口，促使機(jī)器人結(jié)合指令，對機(jī)械手臂及焊機(jī)進(jìn)行控制，從而完成焊接操作。具體如下：

①焊接指令：ARCON;

②焊接功能：將引弧條件與引弧指令輸入到焊機(jī);

③焊接格式：AV電壓，ARCON AC電流，T時間，V速度;

④焊接參數(shù)：電壓 AV：0.0～50.0V;電流 AC：0.0～999.0A;定時器 T：0.0～99.0s;速度 V：0.0～4000.0mm/s;

⑤說明：a：指令執(zhí)行后，需通過焊機(jī)電源，將開關(guān)打開，進(jìn)而結(jié)合設(shè)定好的電流電壓，實現(xiàn)起弧;b：執(zhí)行起弧后，以指令制定速度執(zhí)行;c：定時器T的設(shè)定為起弧后延時到設(shè)定時間后再執(zhí)行插補(bǔ)動作的時間延時。

在機(jī)器人焊接中，為了確保應(yīng)用安全，可通過設(shè)置并啟動“轉(zhuǎn)換+應(yīng)用”鍵，達(dá)到激發(fā)應(yīng)用的效果。在該應(yīng)用得以啟動后，其示教盒界面下一般會顯示“應(yīng)用有效”;在此條件下，還需要繼續(xù)點擊“轉(zhuǎn)換+應(yīng)用”鍵，進(jìn)而達(dá)到禁用該應(yīng)用的效果。此外，不論焊接指令使能與否，只要機(jī)器人仍處于示教模式，機(jī)器人系統(tǒng)就不會接收焊接指令，能夠跳過該執(zhí)行指令。對于點動送絲、抽絲等焊機(jī)控制系統(tǒng)而言，通常需要保證機(jī)器人當(dāng)下的模式為示教模式，并且焊機(jī)指令處于使能條件，才會執(zhí)行相關(guān)指令，完成相關(guān)操作[3]。

3? 工業(yè)機(jī)器人焊接程序分析

在具體焊接中，一般可將焊接程序分為下述幾個環(huán)節(jié)：

第一，安裝與加緊工件：這一環(huán)節(jié)需應(yīng)用平板焊接夾具，放置工件并固定;第二，新建程序：這一環(huán)節(jié)需在示教盒啟動“程序管理”，并新建程序;第三，ARCON指令;第四，對焊接參數(shù)記性修改：這一環(huán)節(jié)需要結(jié)合焊接材料，修改與設(shè)置焊接參數(shù);第五，確定熄弧點：將TCP移動到工件上的熄弧點，同時輸入ARCOF指令;第六，將焊槍放回安全（或規(guī)定）位置;第七，在示教模式下對程序進(jìn)行核查：首先，按住“使能開關(guān)”然后按“前進(jìn)”，使編寫程序處于空載運(yùn)行狀態(tài)，要在確定機(jī)器人TCP處于正確的運(yùn)動軌跡，進(jìn)而才能啟動自動焊接程序;第八，再現(xiàn)運(yùn)行：在機(jī)器運(yùn)行到安全區(qū)域，將焊絲干伸長度、保護(hù)氣流量進(jìn)行調(diào)整;移動光標(biāo)到第一行程序處，切換成“再現(xiàn)模式”;開啟伺服使能，啟動“轉(zhuǎn)換+應(yīng)用”鍵;按“啟動”鍵，使程序能夠被自動激發(fā)并運(yùn)行。

結(jié)合上述焊接程序，在完整焊接中，從程序初始到終止一般需經(jīng)過10個具體流程，現(xiàn)說明如下：

①程序開頭：MAIN;

②移動至待機(jī)區(qū)域：MOVJP1，V5 0，Z0;

③移動至焊接開始區(qū)域：MOVJP2，V50，Z0;

④移動至焊接點：MOVJP3，V50，Z0;

⑤開始引弧、焊接：ARCONAC200，AV24，V50，T1;

⑥移動至焊接結(jié)束區(qū)域：MOVJP4，V50，Z0;

⑦熄弧，結(jié)束焊接：ARCOFFAC150，AV22，T1;

⑧移動至焊接結(jié)束區(qū)域：MOVJP5，V50，Z0;

⑨移動至安全位置：MOVJP6，V50，Z0;

⑩結(jié)束程序：END。

此外，在工業(yè)機(jī)器人焊接中，一般還需要注意焊槍操作基礎(chǔ)、機(jī)器運(yùn)行角度以及電壓電流操作等，在實際操作、程序設(shè)定中，必須要確保相關(guān)操作都處于準(zhǔn)確正常的狀態(tài)，才能夠在最大程度上避免出現(xiàn)焊接偏差。一旦出現(xiàn)偏差，需要及時調(diào)整角度以退后法進(jìn)行焊接加以調(diào)整[4]。

4? 結(jié)語

綜上，伴隨我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也愈加頻繁。對此，本文主要結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的焊接原理對其焊接程序進(jìn)行了具體分析，希望能夠為工業(yè)機(jī)器人焊接質(zhì)量的提升提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚雪瓊.工業(yè)機(jī)器人焊接原理與焊接程序探討[J].科技資訊，2018，016（021）：77-78.

[2]常博學(xué)，黃靜月.基于安川工業(yè)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)設(shè)計[J]. 自動化應(yīng)用，2019（001）：103-104.

[3]林偉慶.工業(yè)機(jī)器人自動焊接系統(tǒng)應(yīng)用與焊接質(zhì)量控制[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（015）：1258.

[4]羅智蕓，李麗秀.基于視覺的工業(yè)機(jī)器人自動焊接引導(dǎo)研究[J].焊接技術(shù)，2018，47（08）：75-79.