工業機器人焊接路徑規劃研究與應用

王一賀

摘要：現代科學技術的飛速發展，使傳統工業領域得到質的飛躍，不僅在應用質量與效率等方面得到提升，而且可以有效降低應用成本，對企業發展提供穩固動力。在工業化進程不斷加快的發展中，我國機器人技術也得到了極大的發展，并在工業領域獲得了十分廣泛的應用。基于此，本文主要結合工業機器人及其構成，對工業機器人的焊接原理及程序進行了分析。

關鍵詞：工業機器人;焊接;應用

隨著工業機器人在車身焊裝線上的廣泛應用，其工作效率越來越受到關注。工業機器人的路徑規劃是否合理是影響其工作效率的一個非常重要的因素。若能在保證焊接質量的情況下進一步提高焊接效率，可以有效地降低生產成本。目前工業機器人在物流、電子、化工等多個領域都得到了比較廣泛的應用，對提升工業企業效率，促進產品質量提升、降低成本等都具有非常重要的意義。

一、工業機器人概述

在工業領域的發展中，機器人具有十分廣泛的應用，特別是在汽車零部件制造及汽車相關行業，機器人的應用價值十分顯著。就目前工業機器人的發展來說，其作為各國政府財政扶持的重點項目，是具有極大發展空間的新興產業之一。通常情況下，工業機器人主要有三個部分，即機械、控制及傳感三部分;這三個部分又可分為六個系統：

第一，機械結構系統。從這一部分來看，可在大體上將工業機器人分為并聯機器人與串聯機器人。在我國早期應用的工業機器人中，采用串聯機構的相對更多;但就目前來說，使用并聯機構的工業機器人逐漸增加，從并聯機構上來說，主要需通過動平臺、定平臺，以兩個獨立運動鏈將其連接，如此一來，該機構同時具備兩個（或以上）自由度，能夠在并聯驅動下形成閉環結構。另外，在并聯機構中，其主要構成包含了手腕、手臂等部分，其中手腕主要負責主體與工具的連接，而手臂活動區相對影響空間較大。通過對比串聯機器人與并聯機器人也能夠發現，后者具有更大的承載能力，其剛度也更大，運動負荷更小，結構更穩定，更適合現階段的工業機器人應用。

第二，驅動系統。這一系統主要需向機械結構提供動力。結合動力源的區別，一般可將該系統分為氣壓式、液壓式、機械式、電氣式等四種。在早期應用中，多采用液壓驅動式工業機器人，但液壓系統在使用中存在噪聲、泄露以及低速不穩等情況，因而現階段僅有大型重載機器人或一些特殊場合應用中使用液壓驅動方式。就現階段而言，在工業機器人中應用最多的就是電力驅動方式，這一驅動形式響應更快，驅動力也更大，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行便捷、靈活的應用，正是因為這些優勢，其應用相對來說也最為廣泛。

第三，感知系統。該系統能夠將環境信息、機器人內部信息等經信號轉變為機器間能夠理解并應用的信息和數據，除這些相關信號外，該系統還需要感知速度、力、位移等與自身工作狀態相關的機械量，在工業機器人現階段的研發中，視覺感知技術是非常關鍵的一個方面。作為反饋視覺信號的視覺伺服系統，該系統可有效控制機器人的姿態與位置，在工業領域的應用中，該系統可廣泛應用于多個方面，諸如工件識別、檢測質量、分揀食品以及商品包裝等方面。

第四，控制系統。該系統主要可結合傳感器反饋的信號以及作業指令，支配機器人的執行機構，并通過相關指令的支配，指示機器人相關機構行動，進而實現規定功能。在工業機器人的行動中，若不具備相應的信息反饋功能，一般可將其視為開環控制系統;反之，即為閉環控制系統。此外，在工業機器人控制系統中，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;②人工智能控制系統;③適應性控制系統。由于控制運動形式的不同可分為以下兩種：①點位控制;②連續軌跡控制。

第五，人機交互系統。這一系統主要能夠實現將人與機器人進行關聯，并可通過相關程序的設置，實現人員對機器人的控制。例如：計算機標準終端、信息顯示板、危險報警裝置等都是人機交互系統功能的體現。

第六，機器人-環境交互系統。在工業機器人設計中，這一系統十分關鍵，能夠顯著發揮協調與聯系機器人與外部環境的作用。其主要表現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，在實際設計、應用中，還可以同時借助多臺機器人，將其設計集成為相對復雜的功能單元，完成復雜的指令。

二、工業機器人焊接原理分析

熔接，即焊接，主要是將兩種（及以上）同種或不同種材料經過加壓、加熱（也可加壓與加熱同時進行），達到促使兩工件原子間產生結合的一種加工與聯接方式。目前，在多個領域的生產與加工中都會用到焊接技術，該技術作為現代先進制造行業中的重要技術，不僅在工業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濟領域都有極大的應用價值。而在工業機器人的加工制造中，焊接技術也是必不可少的機械技術之一。從構成工業機器人焊接系統的部分來看，在操作中主要涉及兩大部分，其一焊接設備;其二機器人。在這兩部分中，組成機器人的主要構件有：①控制柜（硬件及軟件）;②機器人本體兩部分。

從焊接設備方面來說（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）;②焊槍（鉗）;③送絲機（弧焊）等。

三、工業機器人焊接程序分析

在具體焊接中，一般可將焊接程序分為下述幾個環節：第一，安裝與加緊工件：這一環節需應用平板焊接夾具，放置工件并固定;第二，新建程序：這一環節需在示教盒啟動“程序管理”，并新建程序;第三，ARCON指令;第四，對焊接參數記性修改：這一環節需要結合焊接材料，修改與設置焊接參數;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（或規定）位置;第七，在示教模式下對程序進行核查：首先，按住“使能開關”然后按“前進”，使編寫程序處于空載運行狀態，要在確定機器人TCP處于正確的運動軌跡，進而才能啟動自動焊接程序;第八，再現運行：在機器運行到安全區域，將焊絲干伸長度、保護氣流量進行調整;移動光標到第一行程序處，切換成“再現模式”;開啟伺服使能，啟動“轉換+應用”鍵;按“啟動”鍵，使程序能夠被自動激發并運行。

結合上述焊接程序，在完整焊接中，從程序初始到終止一般需經過10個具體流程，現說明如下：

①程序開頭：MAIN;

②移動至待機區域：MOVJP1，V50，Z0;

③移動至焊接開始區域：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移動至焊接結束區域：MOVJP4，V50，Z0;

⑦熄弧，結束焊接：ARCOFFAC150，AV22，T1;

⑧移動至焊接結束區域：MOVJP5，V50，Z0;

⑨移動至安全位置：MOVJP6，V50，Z0;

⑩結束程序：END。

綜上，伴隨我國工業化進程的不斷加快，機器人在工業領域的應用也愈加頻繁。對此，本文主要結合工業機器人的焊接原理對其焊接程序進行了具體分析，希望能夠為工業機器人焊接質量的提升提供一些參考。

參考文獻

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