基于ROBCAD機器人焊接節(jié)拍優(yōu)化技術(shù)研究

丁守波 陳加勝

摘 要：機器人焊接節(jié)拍優(yōu)化在汽車的生產(chǎn)制造過程中有著重要的地位，本文針對焊接機器人的節(jié)拍展開，提出機器人焊接節(jié)拍優(yōu)化的方法，利用Robcad仿真軟件，建立機器人焊接汽車白車身運動過程，從而驗證了提升節(jié)拍方法的可行性，并在實際中成功的解決了吉利汽車某車型地板線項目改造中提升節(jié)拍問題，縮短了生產(chǎn)時間，從而提高了加工效益。

關(guān)鍵詞：Robcad ；優(yōu)化節(jié)拍；干涉檢查；軌跡優(yōu)化

在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，我們往往依靠人工對汽車整個車身的焊點進行焊接，雖然這種方法保證了焊接質(zhì)量，但大大增加的焊接時間和焊接成本，并且焊接本身也有害于工人的身體健康。隨著技術(shù)的進步，工業(yè)機器人在汽車領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，其中以焊接機器人應(yīng)用最為廣泛，其應(yīng)用有效解決了工人作業(yè)時間長、勞動強度大、焊點質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[1]，而機器人在焊接的過程中，最需要關(guān)注的問題就是節(jié)拍。

1 生產(chǎn)節(jié)拍介紹

1.1 節(jié)拍的定義

生產(chǎn)節(jié)拍（P）：流水線上產(chǎn)生兩件產(chǎn)品之間的間隔時間或產(chǎn)品在各工序間每移動一次所需的間隔時間稱為生產(chǎn)節(jié)拍[3]。生產(chǎn)節(jié)拍進行分析對優(yōu)化焊接線工藝內(nèi)容及布局、確定焊接設(shè)備的型號、機器人軌跡的選擇、焊裝線中自動化程度有著重要的作用。我們假設(shè)焊接工位共有N道，第i道工序的生產(chǎn)時間為Ti（i=1，2，3，…，n），因為生產(chǎn)節(jié)拍為P，所以工位中的生產(chǎn)會有以下三種情況：

（1）Ti>P， 表示生產(chǎn)時間超過規(guī)定節(jié)拍，不能按時完成生產(chǎn)任務(wù)；

（2）Ti=P，表示生產(chǎn)時間等于規(guī)定節(jié)拍；

（3）Ti

生產(chǎn)線節(jié)拍平衡是現(xiàn)代生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，因為自動化生產(chǎn)中任何一個問題都會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，一個工位的問題會在整個生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈上放大，造成與其相關(guān)的整條線所有的工位出現(xiàn)等待，從而浪費大量時間。

1.2 吉利汽車生產(chǎn)節(jié)拍緩慢的原因

（1）機器人型號不同。

由于汽車白車身焊接每一個工位焊點都比較多、生產(chǎn)節(jié)拍要求高，所以一般每一個工位都會采用3～5臺不同品牌機器人共同焊接來保證焊接質(zhì)量和縮短加工時間。以吉利汽車某車型改造項目中的其中一個工位UB30來說，就有兩臺柯馬、兩臺ABB兩種品牌機器人；因為ABB機器人具有Quick Move TM動態(tài)自優(yōu)化運動控制技術(shù)，它總能令各軸以最大加速度運動，在不做任何調(diào)整的條件下，會比同等的機器人生產(chǎn)節(jié)拍快25%，

（2）焊接路徑不合理。

在吉利UB30工位中，每個機器人需要焊接26個焊點，以其中R1機器人焊接工藝為例，圖二為R1機器人部分焊點所在位置，從工藝圖中我們可以看到R1機器人從左門框下邊梁內(nèi)板，一直焊接到后地板通道，中間不可避免的與其它機器人產(chǎn)生多個干涉區(qū)，而一個干涉區(qū)的等待時間為3～5 秒，因而此工位的節(jié)拍比較緩慢。

2 如何提升節(jié)拍

2.1 設(shè)定機器人pounce位

所謂pounce位，其實為機器人焊接準(zhǔn)備位置，即在工裝運動時機器人提前運動到達焊接等待位，待工裝運動完成時機器人開始執(zhí)行process程序。Pounce位置設(shè)定需要以下幾個條件：

（1）機器人在運動到pounce位置過程中不與任何工裝運動干涉；

（2）pouce位置一般只有一個點，因為運動過程需要保證機器人能夠直接從pounce位回到Home位，所以在Home與pounce之間沒有過渡軌跡；

如圖三所示，利用ROBCAD軟件在TRACK小車從上一個工位傳遞過來的同時，機器人開始做pounce位置，我們將每個機器人都做了pounce位，在實際現(xiàn)場中測得焊接時間縮短了5秒。

2.2 優(yōu)化焊接路徑

在吉利UB30工位中，為了節(jié)省機器人工程師調(diào)節(jié)路徑時間，本文利用ROBCAD仿真軟件，將每一臺設(shè)備調(diào)入軟件中，進行軌跡的模擬行走，并優(yōu)化過渡軌跡，為了防止機器人與夾具產(chǎn)生干涉，我們利用ROBCAD中自動干涉校驗功能，運動Colision Setup命令可在軟件中設(shè)置兩個物體是否干涉，若發(fā)生干涉系統(tǒng)會發(fā)出報警提示（發(fā)出聲音或紅色報警顯示）[4]。在焊槍避開干涉的同時我們要盡量將焊鉗開口縮小，以減少焊槍動臂閉合的時間，因為UB30用的都是C型焊槍，所以即使焊槍在semiopen（半開）的狀態(tài)下也可以避開與工件和夾具之間的干涉。機器人焊鉗型號一共分為兩種：C型槍與X型槍。從焊接順序圖可知，R1機器人需要從前機艙打到后地板，這勢必與對面的機器人和后面的機器人產(chǎn)生干涉區(qū)，我們可以在ROBCAD中模擬四臺機器人同時焊接時的狀態(tài)，從軟件中我們可以重新修改每臺機器人焊點焊接順序，盡可能的減少干涉區(qū)，從而縮短了焊接時間。

2.3 挪動焊點

白車身中的焊點可分為點定焊點和補焊點，對于點定焊點我們不能輕易移動，因為這樣會影響到汽車的拼裝工藝進而影響焊接質(zhì)量，而對于補焊點，為了滿足節(jié)拍要求，我們可以適當(dāng)?shù)呐矂悠渌诠の弧５苿拥暮更c我們要考慮到其工位機器人焊槍型號，在新工位中是否有干涉，是否可達，是否會影響其他工位的節(jié)拍。在吉利地板線改造項目中，通過仿真與實際驗證，確定了移動焊點的可達性，工位的節(jié)拍也得到了優(yōu)化。通過以上方法，工位節(jié)拍如圖四所示。

吉利現(xiàn)場要求節(jié)拍為119秒，而實際優(yōu)化過后的節(jié)拍為109秒，滿足實際現(xiàn)場生產(chǎn)要求。

3 結(jié)語

本文針對吉利汽車生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化問題展開，提出了優(yōu)化節(jié)拍的不同方法，并在實際中得到了驗證。汽車的生產(chǎn)不可避免的會朝著柔性化的方向發(fā)展，對于企業(yè)，在單位時間內(nèi)盡可能的多產(chǎn)生加工效益才能在激烈的競爭環(huán)境中生存，所以在生產(chǎn)當(dāng)中節(jié)拍的優(yōu)化至關(guān)重要。

參考文獻：

[1]孫秀玲，侯志剛，石運序.ROBCAD在機器人焊接路徑干涉中的應(yīng)用[J].制造業(yè)信息化，2015：11-0129.

[2]姚錫凡，李旻.人工智能技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2008：233-242.

[3]董萬.轎車白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)計及虛擬設(shè)計技術(shù)應(yīng)用研究[D].電子科技大學(xué)，2008.

[4]臧銘書，孫秀玲.基于Robcad的點焊機器人運動仿真[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015：37-1222.

[5]劉海江，張春偉，姜冬冬.白車身焊接機器人干涉問題研究[J].機械設(shè)計，2011（3）：41-44.

[6]李曉明，上海.大眾門蓋生產(chǎn)線中機器人的應(yīng)用實施[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

作者簡介：丁守波（1991-），碩士，主要研究方向：機械設(shè)計。