焊接機(jī)器人在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡博 楊曉棠 王振濤

沈陽(yáng)來(lái)金汽車(chē)零部件有限公司

焊接機(jī)器人在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡博 楊曉棠 王振濤

沈陽(yáng)來(lái)金汽車(chē)零部件有限公司

在我國(guó)汽車(chē)行業(yè)中，焊接機(jī)器人應(yīng)用十分廣泛，其中點(diǎn)焊、弧焊接機(jī)器人所占比例較大，在汽車(chē)零部件行業(yè)主要采用弧焊機(jī)器人，這里對(duì)弧焊機(jī)器人的柔性化應(yīng)用做以介紹和分析。

焊接機(jī)器人 汽車(chē)零部件 生產(chǎn)

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，汽車(chē)應(yīng)用焊接機(jī)器人代替人工焊接具有社會(huì)發(fā)展的必然性，同時(shí)，機(jī)器人焊接技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用也代表了焊接工藝的一個(gè)新的發(fā)展方向。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)使用機(jī)器人焊接系統(tǒng)時(shí)間不長(zhǎng),應(yīng)用面還不廣,還有待于在實(shí)踐中積累更多經(jīng)驗(yàn)，所以本作者在此針對(duì)焊接機(jī)器人在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的探討，就是為了讓更多同行們參與到探討當(dāng)中，對(duì)汽車(chē)制造行業(yè)的焊接機(jī)器人應(yīng)用多分析，多研究，進(jìn)而達(dá)到集思廣益的效果，從而有效推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)焊接機(jī)器人的應(yīng)用，促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

一、焊接機(jī)器人類(lèi)型分析

在汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)中，常用的機(jī)器人類(lèi)型有專(zhuān)用直角坐標(biāo)形式的機(jī)器人和六自由度機(jī)器人。專(zhuān)用直角坐標(biāo)式機(jī)器人有RH、RL、RS三種，它們具有三個(gè)自由度，并且可以組合成各種不同功用和性能的焊接結(jié)構(gòu)，RH型的機(jī)器人通常直接固定在底板上，對(duì)車(chē)身的側(cè)面進(jìn)行焊接；RL型機(jī)器人是指具有底面焊接功能的機(jī)器人，可以進(jìn)行傳送，主要完成車(chē)身底部的焊接任務(wù)；RS型焊接機(jī)器人是具有頂面移動(dòng)功能，主要在生產(chǎn)線(xiàn)的頂部，對(duì)汽車(chē)的上部和內(nèi)部進(jìn)行焊接。六自由度機(jī)器人是具有較高自由度的高級(jí)機(jī)器人，有六個(gè)控制軸，每個(gè)軸都具有180°到360°的旋轉(zhuǎn)角度，操作空間可以實(shí)現(xiàn)周向360°，三米多高，不僅具有很大的工作范圍，還可以通過(guò)伺服電機(jī)控制六個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊或弧焊的精確控制，理論上講，六自由度機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)全方位的焊接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種車(chē)型的前、后、左、右，甚至內(nèi)部進(jìn)行焊接，所以六自由度機(jī)器人是柔性最高的焊接設(shè)備。另外，六自由度機(jī)器人具有高精度定位（最高達(dá)0.01mm），重復(fù)定位準(zhǔn)度高，焊接效率高，結(jié)構(gòu)緊湊靈活的優(yōu)點(diǎn)，目前在汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用非常廣泛。

二、焊接機(jī)器人主要技術(shù)

1.焊縫跟蹤技術(shù)。焊縫跟蹤技術(shù)就是在焊接過(guò)程中，根據(jù)環(huán)境因素的影響，調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量的可靠性。焊縫跟蹤技術(shù)的研究以傳感器技術(shù)與控制理論方法為主，隨著近代模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)及在焊縫跟蹤技術(shù)中的應(yīng)用，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)全新的時(shí)代——智能跟蹤的時(shí)代。國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都對(duì)焊縫跟蹤技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究和設(shè)計(jì)出了很多種較為成熟的焊縫跟蹤系統(tǒng)。

2.離線(xiàn)編程與路徑規(guī)劃技術(shù)。離線(xiàn)編程與路徑規(guī)劃技術(shù)能夠利用規(guī)劃算法，設(shè)置機(jī)器人程序，根據(jù)焊接參數(shù)、焊接路徑和軌跡完成焊接任務(wù)，其特點(diǎn)是智能化程度高、編程質(zhì)量和效率高，缺點(diǎn)是還不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)編程。有些工作環(huán)節(jié)單臺(tái)焊接機(jī)器人完成較為困難，不能充分發(fā)揮其作用，這個(gè)時(shí)候就需要采用多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)。該技術(shù)必須由若干個(gè)機(jī)器人的合作與協(xié)調(diào)來(lái)成。多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)涉及面很廣，包括多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、群體行為控制等等，所有機(jī)器人在統(tǒng)一的控制下做相應(yīng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。隨著工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)和開(kāi)放的方向發(fā)展，工業(yè)多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)將成為研究的熱點(diǎn)。

3.遙控焊接技術(shù)。遙控焊接技術(shù)是指焊接機(jī)器人在一些危險(xiǎn)、惡劣及特殊的環(huán)境中工作，而人在離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的安全環(huán)境中對(duì)焊接機(jī)器人的操作進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，從而完成完整的焊接工作，它融合了多學(xué)科的知識(shí)。在如核輻射區(qū)域設(shè)備維修、深水、有毒、空間站等環(huán)境中應(yīng)用較為廣泛。遙控焊接技術(shù)可以說(shuō)是目前最高意義上的焊接自動(dòng)化、智能化。國(guó)外對(duì)遙控技術(shù)的研究成果較多，國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)也正在進(jìn)行這方面的研究。目前對(duì)焊縫識(shí)別和引導(dǎo)主要是通過(guò)基于視覺(jué)的方法對(duì)焊接區(qū)圖像進(jìn)行采集，將采集到的信號(hào)傳送到圖像處理器進(jìn)行處理，通過(guò)運(yùn)算得出具體數(shù)值，精確引導(dǎo)焊接機(jī)器人對(duì)焊縫進(jìn)行焊接。焊接機(jī)器人普遍采用氣體保護(hù)焊方法，其他還有鎢極氬氣保護(hù)焊，等離子弧焊、切割及機(jī)器人激光焊等等。但是應(yīng)用范圍最廣的還是高速、高效氣體保護(hù)焊接工藝。

三、機(jī)器人在汽車(chē)車(chē)身焊接生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用

工件焊接是目前工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣的領(lǐng)域。由于汽車(chē)制造業(yè)對(duì)許多構(gòu)件的焊接精度和速度等指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求，一般焊接工人已難以勝任這一工作。此外，焊接時(shí)會(huì)隨之產(chǎn)生火花及煙霧等，對(duì)人體造成危害，近年來(lái)焊接過(guò)程的完全自動(dòng)化已成為重要的研究課題。其中，最為重要的就是要應(yīng)用焊接機(jī)器人替代人工焊接。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)工藝中，各種焊接工藝和過(guò)程都可以使用工業(yè)機(jī)器人來(lái)執(zhí)行，以取代焊接工人的工作。機(jī)器人在點(diǎn)焊和弧焊的應(yīng)用最為廣泛，在其他一些工藝焊接過(guò)程中的應(yīng)用還處在起步或摸索的階段。在汽車(chē)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，機(jī)器人除了在焊接工藝過(guò)程中有主要應(yīng)用之外，還在工件夾持定位中有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)身焊接生產(chǎn)的焊裝車(chē)間中，要實(shí)現(xiàn)車(chē)身工件高質(zhì)量的焊接，就要求必須對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。一方面要求焊接機(jī)器人對(duì)焊鉗的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確控制，另一方面要求各種夾具對(duì)待焊接工件進(jìn)行夾持定位。夾具種類(lèi)很多，大部分的專(zhuān)用夾具只能用來(lái)實(shí)現(xiàn)非移動(dòng)工件的定位，不能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)工件的定位，為此需要采用夾持機(jī)器人才能實(shí)現(xiàn)。為了保證車(chē)身的整體焊接質(zhì)量，在車(chē)身焊接的過(guò)程中或整個(gè)焊接工作完成之后，工人需要對(duì)車(chē)身上的一些重要部位的焊縫進(jìn)行檢查，又稱(chēng)焊縫檢測(cè)。焊縫位置的多樣性和形狀的復(fù)雜性給檢測(cè)工作提出了很高的要求。在自動(dòng)化程度很高的焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上，可以使用動(dòng)作靈活的機(jī)器人代替工人攜帶專(zhuān)用的檢測(cè)裝置進(jìn)行焊縫檢測(cè)，一般的機(jī)械裝置就很難像機(jī)器人那樣執(zhí)行這一任務(wù)。隨著汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，建立通過(guò)少量投資和少量改造就能對(duì)汽車(chē)進(jìn)行更新?lián)Q代的焊接生產(chǎn)線(xiàn)是勢(shì)在必行的，而在焊接生產(chǎn)線(xiàn)上大量采用機(jī)器人是提高汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)柔性的關(guān)鍵所在。

我國(guó)目前正處于汽車(chē)類(lèi)型和數(shù)量急劇增長(zhǎng)的時(shí)期，積極推廣焊接機(jī)器人的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)汽車(chē)的迅速發(fā)展具有非常重要的意義。

[1]王維.焊接機(jī)器人在汽車(chē)焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].汽車(chē)零部件，2016.

[2]占濤.多功能職能機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)零部件焊接線(xiàn)上的應(yīng)用[J].金屬加工，2015.