多機器人系統在汽車焊接中的應用研究

趙曉巍+袁慶

摘要：我國的汽車工業在不斷的發展，在制造汽車工序上也變得尤為復雜，尤其是對焊接的要求較為嚴謹，然而由多機器人構成的系統可以與汽車焊接的需求相適應，因此受到了人們的廣泛關注?；诖?，文章以多機器人系統在汽車焊接中的應用為基本點，進行詳細的研究。

關鍵詞：多機器人系統；汽車焊接；汽車工業

中圖分類號：U468 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0040-02

工業機器人在早期就已經被人們應用在金屬切削行業、汽車制造業等領域中。當汽車工業不斷發展至今取得了一定程度的發展模式之后，單個的機器人已無法滿足汽車焊接的需要，與此同時對單個機器人的開發所付出的成本遠遠高于多個機器人的開發，因此在汽車焊接過程中應用多機器人系統，既經濟又實用。

1 工業機器人的分類和構造

1.1 工業機器人的分類

在汽車工業中經常使用到的機器人，往往包含：測量機器人、檢查機器人、噴漆機器人、裝配機器人、焊接機器人等。在焊接機器人方面具體應用到的是：電焊機器人、弧焊機器人。在實際的汽車焊接中應用焊接機器人，有單個機器人，也有多機器人。所謂多機器人就是由具備操作功能、任務規劃以及環境觀察等多個機器人構成，人們希望通過多機器人之間的合作與協調，充分的提升機器人系統的工作成效，從而抵抗外界干擾完成預定的任務。

1.2 工業機器人的構造

機器人顧名思義是能夠代替人類靈活完成危險生產或者重復工作的機器，在一般情況下包含：檢測系統、執行裝置、驅動系統、控制系統四部分。在機器人中包括工業機器人，同時工業機器人是作為最主要的成員，擁有可重復編程、多自由度、多功能、自動控制等特點，具體是由驅動裝置、能源裝置、機座、控制裝置、機械手臂等部分組成。汽車在焊接的過程中應用機器人替代人工進行作業，能夠充分的降低人工作業的難度，能夠達到重復精準度高、生產自動化的目的，還能夠利用對固定車型的程式編寫，進行柔性化的生產。

2 多機器人系統的碰撞控制

由于多機器人系統能夠解決單機器人無法操作的問題，因此多機器人技術受到了許多人的關注?？墒嵌鄼C器人也存在一些缺點，例如：碰撞問題。多機器人的工作碰撞不單是缺乏通信的原因，同時也是設備布局的不合理所造成的，然而具體的還是在擬定運動控制結構方面的問題所制約的碰撞現象。焊接機器人是以移動的形式進行工作的，由于多機器人面對的工作環境基本上是非機構化、動態形式的環境，極易造成多機器人之間產生相互的碰撞。

多機器人在移動的過程中所采用的控制結構為包容式結構。即在控制結構中是由幾個行為模塊組成，分別為：隨機行為、躲避行為、繞避行為、目標行為等，在不同的行為模塊中按照傳感器的輸入明確此行為的具體輸出，一般低層行為能夠被高層行為所控制。決策模塊按照對目標點的觀察結果和傳感器的輸入選取一種適當的行為當做最后的輸出。利用傳感器進行探測可以得出機器人周邊的相關信息，擁有較快的響應速度，然而也無法避免的會讓機器人陷入到局部最優的狀態。

因此，可以通過對機器人觀察目標點全局信息的利用，快速獲取信息，與對整體環境的建模相比較，有速度快、簡便的優勢。機器人在可以看到目標點時，目標點行為就會優于躲避行為，若周圍也沒有其他機器人的情況下，就能夠直接走向目標點，進而讓機器人的路徑減短，并防止了多機器人碰撞的現象。

3 多機器人系統在汽車焊接中的應用研究

3.1 在汽車工程中對焊接機器人的應用

由于汽車制造業的發展較為迅速，使得不同的工業機器人都廣泛的應用在了企業的生產線上，可是汽車的焊接對于工人來說，能夠直接影響到工人的健康，因此汽車焊接是應用機器人最為普遍的行業。進行汽車焊接的多機器人可以在惡劣的環境下連續工作，并可以確保產品的總體質量水平，有效的降低操作工人的勞動強度，提升生產的效率，由此可見機器人在汽車焊接領域有著至關重要的作用。

3.2 多機器人焊接工作系統的選擇、設計及構成

多機器人的焊接工作站利用專門的系統控制器，通過智能傳感裝置控制焊接動態過程，按照傳感的具體信息對不同的繁瑣工作情況開展即時的控制和跟蹤，進而把控汽車焊接流程中的每一個環節，確保每一環節都可以準確完成，同時對實時的智能控制焊接的動態過程。在對機器人焊接生產線設備進行設計的過程中，具體需要顧慮的是三個層面，分別為：其一，焊接質量需和產品要求相適應；其二，焊接流程需和生產綱領相符；其三，生產線需具備優質的柔性特征。以下是多機器人焊接工作系統的選擇、設計及構成：

（1）選擇焊接工藝的參數。在焊接領域中的工藝參數主要包含：氣體流量、焊接電壓、焊接電流。開展自動焊接的流程中，全部的工藝參數都會事前設定完畢，具體控制的參數只有電弧電壓和焊接電流，在氣體流量方面具體是由人工進行細致調整的，其他的一些工藝參數會按照工藝要求的不同，根據調整的示教程序自動生成。若焊絲直徑不同，在焊接電壓、焊接電流等參數的選用上也會有所不同，此外還會顯現出相對應的電弧行為與熔滴過渡模式。當明確了工藝參數的固定范圍以后，最后所生成的焊接參數一定要利用焊接試驗進行細致的選擇，以此來獲取較為恰當的焊縫性能。

（2）焊接機器人工作站系統的構成。焊接機器人的開發是以工業機器人為基礎，焊接機器人作為科學、先進的焊接設備所具備的優點為：提升工人勞動條件、提升焊接質量、穩定的性能等。在構成焊接機器人工作站系統方面，是由外圍設備和機器人的主要組成系統結合而成。機器人系統由示教、焊機系統、控制器、機器人本體構成。外圍設備包含：外圍接口、上下料裝置、焊接工作臺等。

（3）焊接夾具的設計。通過對機器人的利用進行焊接工裝夾具，以此來緊固工件定位，確保工件的焊縫處在正確的位置中，從而使得機器人工作站所作出的產品100%合格。在控制焊接夾具方面具體使用的是工作站式，將“從站模塊”為主線進行遠程的控制模式。在設計的過程中焊接夾具使用的是模塊化、標準化的方式，在人機交互方面具體利用的是觸摸屏的模式，觸摸屏基本上在各個控制站都有所配置。顯示屏上能夠較為便利的設置參數，并能夠在窗口實時顯示數字。機器人工作站系統中所涉及到的焊接夾具擁有著重要的作用，很多的焊接機器人系統是否成功，都在于焊接夾具的設計模式。在設計自動化的焊接夾具方面，需要全面的分析操作者的適當勞動強度，并增添防錯的功能，提升人機工程，如果顯示出不完善的裝配狀態時，夾具將不再進行下一環節，此外，夾具的松開與夾緊需要具有邏輯的順序，避免試件或機構因錯誤操作而導致不必要的損壞。

4 結語

根據以上的論述，對機器人的應用可以代替人們從事重復勞動或者危險勞動。在我國社會經濟不斷發展的過程中，汽車行業將高度柔性化放在了首位，為了能夠與柔性生產相適應，對多機器人的利用，可以滿足其需求進行多種產品和零件的焊接，以此來滿足不斷增加的小批量、多品種零件的不同要求。

參考文獻

[1] 劉佰龍.群集智能理論及其在多機器人系統中的應

用研究[D].哈爾濱工程大學，2013.

[2] 徐偉華，李迅波.面向對象數據庫在多機器人系統

中的應用研究[J].電子技術應用，2013，12

（9）：123-125.

[3] 戴琦.多功能職能機器人系統在汽車零部件焊接

線上的應用[J].金屬加工（熱加工），2013，11

（8）：132-151.

[4] 崔文旭.機器人在汽車焊接生產線柔性化中的應用

[J].焊接技術，2013，10（7）：152-160.

[5] 宋偉科.基于多機器人的開放式智能控制系統關鍵

技術研究與開發[D].天津大學，2013.