分析汽車焊接生產(chǎn)線中多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用

胡福梅 陳俊

摘要：在汽車焊接生產(chǎn)線中，生產(chǎn)出多品種且縮短周期的生產(chǎn)模式逐漸成為汽車生產(chǎn)企業(yè)中的主要目標(biāo)，所以在汽車生產(chǎn)工廠中投入了大量的工業(yè)機(jī)器人，但是多臺(tái)機(jī)器人安排在同一個(gè)工序就會(huì)產(chǎn)生互相干涉的現(xiàn)象。為了能夠解決在汽車焊接生產(chǎn)線中的這一現(xiàn)象，提出了有效的解決方案。這種系統(tǒng)能夠使多個(gè)機(jī)器人協(xié)同工作，具備干涉區(qū)域的判斷能力和故障檢測(cè)的能力。文章通過(guò)分析汽車焊接生產(chǎn)線中應(yīng)用多個(gè)機(jī)器人，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車焊線生產(chǎn)線；多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)；應(yīng)用

前言：在汽車制造業(yè)中，為了能夠適應(yīng)汽車生產(chǎn)的需求，將多臺(tái)機(jī)器人分配在同一個(gè)工序中對(duì)焊接工作進(jìn)行搬運(yùn)和傳遞，這就需要機(jī)器人相互配合進(jìn)行工作[1] 。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)在傳統(tǒng)單機(jī)工作方式的基礎(chǔ)上，增加了通信板卡，采用可編程邏輯控制器作為系統(tǒng)的主站，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人的管控。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可操控性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成為汽車焊接生產(chǎn)線中較典型的機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)。

1 多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)硬件的構(gòu)成

多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)不僅僅只是有多個(gè)機(jī)器人的系統(tǒng)，還包括了單個(gè)機(jī)器人之外增加的相互作用機(jī)器人，這些機(jī)器人在進(jìn)行工作時(shí)能夠相互合作，協(xié)調(diào)產(chǎn)生沖突的工作。汽車焊接生產(chǎn)線主要指的是白車身的焊接，白車身的焊接指的是焊接車體骨架結(jié)構(gòu)，包括地板焊接總成、左右前縱梁和輪罩焊接總成等。因?yàn)辄c(diǎn)焊機(jī)器人在對(duì)現(xiàn)代化車身的焊接生產(chǎn)線中，能夠提高焊接的自動(dòng)化水平和焊接生產(chǎn)效率，所以被廣泛應(yīng)用。

將多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用在汽車焊接生產(chǎn)車間的側(cè)圍焊接生產(chǎn)線中，這個(gè)生產(chǎn)線一共需要21臺(tái)焊接機(jī)器人，將該生產(chǎn)線分為5個(gè)工位[2] 。第一個(gè)工位有5臺(tái)機(jī)器人，其中4臺(tái)焊接機(jī)器人和1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人；第二個(gè)工位有4臺(tái)機(jī)器人，其中3臺(tái)焊接機(jī)器人和1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人；第三個(gè)工位有6臺(tái)機(jī)器人，其中5臺(tái)焊接機(jī)器人和1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人；第四個(gè)工位有4臺(tái)機(jī)器人，其中3臺(tái)焊接機(jī)器人和1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人；第五個(gè)工位有2臺(tái)機(jī)器人，其中1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人和1臺(tái)滾邊機(jī)器人。生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用的是西門子的可編程邏輯控制器，通過(guò)可編程邏輯控制器配置的PN網(wǎng)口和側(cè)圍焊接生產(chǎn)線中的21臺(tái)機(jī)器人組成以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，其中可編程邏輯控制器作為系統(tǒng)的主站和機(jī)器人系統(tǒng)的從站，能夠通過(guò)主站達(dá)到從站交換信息數(shù)據(jù)的目的。

2 多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的主要工作流程

側(cè)圍焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)時(shí)間需要達(dá)到70s為一個(gè)節(jié)拍，為了能夠達(dá)到所需的要求，每個(gè)工位的生產(chǎn)時(shí)間都不能超過(guò)70s，所以要求每個(gè)工位的所有機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行焊接工作，不同工位之間的搬運(yùn)機(jī)器人也需要與焊接機(jī)器人保持同步[3] 。比如，以第三個(gè)工位為例簡(jiǎn)要說(shuō)明機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的工作流程（如圖1機(jī)器人干涉區(qū)域的示意圖）。

在焊接的過(guò)程中，WP3_RB0機(jī)器人的工作區(qū)域和WP3_RB02、WP3_RB03、WP3_RB04的工作都會(huì)存在互相干涉的現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)與第二個(gè)工位的搬運(yùn)機(jī)器人和第三個(gè)工位的搬運(yùn)機(jī)器人都會(huì)出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象（如表一機(jī)器人出現(xiàn)干涉的區(qū)域）。

由表一可知，在同一個(gè)工位進(jìn)行工作的6臺(tái)機(jī)器人都會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，為了能夠避免機(jī)器人在工作過(guò)程中發(fā)生碰撞的情況，且滿足生產(chǎn)的要求，需要滿足一下要求：一是對(duì)所有可能發(fā)生碰撞的2臺(tái)機(jī)器人制定出獨(dú)立的干涉區(qū)；二是2臺(tái)干涉的機(jī)器人中的其中一臺(tái)機(jī)器人進(jìn)入干涉區(qū)后，另一臺(tái)機(jī)器人需要等到這臺(tái)機(jī)器人退出后才能進(jìn)入；三是機(jī)器人活動(dòng)的空間應(yīng)該根據(jù)干涉區(qū)和其運(yùn)動(dòng)的軌跡共同劃分；四是所有機(jī)器人進(jìn)入干涉區(qū)域的優(yōu)先級(jí)要一樣；五是當(dāng)有2臺(tái)機(jī)器人同時(shí)進(jìn)入干涉區(qū)后，制定出對(duì)汽車焊接生產(chǎn)有益的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制；六是為了能夠保證生產(chǎn)線的連續(xù)性，設(shè)置干涉區(qū)的主要作用只適用于當(dāng)前對(duì)象的生產(chǎn)，當(dāng)結(jié)束這一生產(chǎn)過(guò)程后，就消除所有的干涉區(qū)域。

3 汽車焊接生產(chǎn)線中多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造業(yè)技術(shù)的普及，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4] 。在一些傳統(tǒng)的手工操作的工位中引入工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)工廠車間現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的程序進(jìn)行控制，使多臺(tái)機(jī)器人在同一工位上也能夠相互配合進(jìn)行工作，不會(huì)因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中出現(xiàn)干涉區(qū)域而發(fā)生機(jī)器人之間的碰撞。所以，能夠有效解決在焊接車間生產(chǎn)線中多機(jī)器人協(xié)同工作的問(wèn)題。

3.1機(jī)器人干涉區(qū)域中的程序判斷

如果要對(duì)機(jī)器人的程序進(jìn)行編寫，就需要對(duì)機(jī)器人受到干涉的區(qū)域和機(jī)器人的系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。比如，以WP3_RB01機(jī)器人為例，能夠準(zhǔn)確了解每一臺(tái)焊接機(jī)器人受干涉的區(qū)域，會(huì)有6個(gè)區(qū)域受到其它機(jī)器人的干涉，而焊接機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人會(huì)有2個(gè)區(qū)域會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。

3.2可編程邏輯控制器干涉區(qū)中的程序判斷

設(shè)置可編程邏輯控制器的主要目的是使同一個(gè)工位中多臺(tái)機(jī)器人受到干涉的信號(hào)相連接。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，如果一臺(tái)機(jī)器人在干涉區(qū)域內(nèi)，其它準(zhǔn)備進(jìn)入干涉區(qū)域的機(jī)器人能夠掌握這臺(tái)機(jī)器人的狀態(tài)，使得其它的機(jī)器人無(wú)法進(jìn)入干涉區(qū)域[5] 。如果其它的機(jī)器人都沒(méi)有進(jìn)入干涉區(qū)域，那么這臺(tái)在干涉區(qū)域內(nèi)的機(jī)器人就可以把區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)傳達(dá)給其它的機(jī)器人，告知它們暫時(shí)不能進(jìn)入?yún)^(qū)域，等到該臺(tái)機(jī)器人完成工作推出干涉區(qū)域后，其它的機(jī)器人才可以進(jìn)入。比如，以WP3_RB01機(jī)器人為例明確干涉區(qū)域中的程序判斷，當(dāng)WP3_RB01機(jī)器人進(jìn)入劃分的干涉區(qū)域后，該機(jī)器人就會(huì)把區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)傳達(dá)給主站控制器，通過(guò)主站中的控制器將WP3_RB01機(jī)器人進(jìn)入受干涉區(qū)域的消息告知其它的機(jī)器人，使除WP3_RB01機(jī)器人以外的機(jī)器人都不能進(jìn)入干涉區(qū)域，只有當(dāng)WP3_RB01機(jī)器人退出干涉區(qū)域后，其它機(jī)器人才可進(jìn)入進(jìn)行工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章中對(duì)多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)的分析，可以看出在汽車焊接生產(chǎn)線中應(yīng)用多機(jī)器人協(xié)同工作，不僅能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還能夠提高車間生產(chǎn)線的整體效率。這種多機(jī)器人協(xié)同的系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于柳州六和方盛機(jī)械車間中，汽車焊接生產(chǎn)線中明確表現(xiàn)出了同一區(qū)域的機(jī)器人不僅能夠在工作中相互配合，還能夠有效避免工作進(jìn)行活動(dòng)中產(chǎn)生的干涉情況，滿足機(jī)械車間實(shí)際的生產(chǎn)要求，也能夠提高自動(dòng)化技術(shù)汽車焊接生產(chǎn)線中多機(jī)器人系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。打破了傳統(tǒng)的多臺(tái)機(jī)器人工作產(chǎn)生的局限性，進(jìn)一步縮短了多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間，降低成本的投入，因此這種多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)該在生產(chǎn)車間中廣泛推廣。

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（作者單位：柳州六和方盛機(jī)械有限公司；柳州安美科技有限責(zé)任公司）