分析汽車焊接生產線中多機器人協同系統的應用

胡福梅 陳俊

摘要：在汽車焊接生產線中，生產出多品種且縮短周期的生產模式逐漸成為汽車生產企業中的主要目標，所以在汽車生產工廠中投入了大量的工業機器人，但是多臺機器人安排在同一個工序就會產生互相干涉的現象。為了能夠解決在汽車焊接生產線中的這一現象，提出了有效的解決方案。這種系統能夠使多個機器人協同工作，具備干涉區域的判斷能力和故障檢測的能力。文章通過分析汽車焊接生產線中應用多個機器人，進一步實現多機器人協同系統的應用。

關鍵詞：汽車焊線生產線；多機器人協同系統；應用

前言：在汽車制造業中，為了能夠適應汽車生產的需求，將多臺機器人分配在同一個工序中對焊接工作進行搬運和傳遞，這就需要機器人相互配合進行工作[1] 。隨著以太網技術的發展，多機器人協同系統在傳統單機工作方式的基礎上，增加了通信板卡，采用可編程邏輯控制器作為系統的主站，從而實現多臺機器人的管控。該系統結構簡單、可操控性強且經濟實用，成為汽車焊接生產線中較典型的機器人應用系統。

1 多機器人協同系統硬件的構成

多機器人協同系統不僅僅只是有多個機器人的系統，還包括了單個機器人之外增加的相互作用機器人，這些機器人在進行工作時能夠相互合作，協調產生沖突的工作。汽車焊接生產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構，包括地板焊接總成、左右前縱梁和輪罩焊接總成等。因為點焊機器人在對現代化車身的焊接生產線中，能夠提高焊接的自動化水平和焊接生產效率，所以被廣泛應用。

將多機器人協同系統應用在汽車焊接生產車間的側圍焊接生產線中，這個生產線一共需要21臺焊接機器人，將該生產線分為5個工位[2] 。第一個工位有5臺機器人，其中4臺焊接機器人和1臺搬運機器人；第二個工位有4臺機器人，其中3臺焊接機器人和1臺搬運機器人；第三個工位有6臺機器人，其中5臺焊接機器人和1臺搬運機器人；第四個工位有4臺機器人，其中3臺焊接機器人和1臺搬運機器人；第五個工位有2臺機器人，其中1臺搬運機器人和1臺滾邊機器人。生產線的控制系統采用的是西門子的可編程邏輯控制器，通過可編程邏輯控制器配置的PN網口和側圍焊接生產線中的21臺機器人組成以太網技術的自動化網絡，其中可編程邏輯控制器作為系統的主站和機器人系統的從站，能夠通過主站達到從站交換信息數據的目的。

2 多機器人協同系統的主要工作流程

側圍焊接生產線的設計時間需要達到70s為一個節拍，為了能夠達到所需的要求，每個工位的生產時間都不能超過70s，所以要求每個工位的所有機器人同時進行焊接工作，不同工位之間的搬運機器人也需要與焊接機器人保持同步[3] 。比如，以第三個工位為例簡要說明機器人協同系統的工作流程（如圖1機器人干涉區域的示意圖）。

在焊接的過程中，WP3_RB0機器人的工作區域和WP3_RB02、WP3_RB03、WP3_RB04的工作都會存在互相干涉的現象，同時會與第二個工位的搬運機器人和第三個工位的搬運機器人都會出現干涉的現象（如表一機器人出現干涉的區域）。

由表一可知，在同一個工位進行工作的6臺機器人都會出現干涉現象，為了能夠避免機器人在工作過程中發生碰撞的情況，且滿足生產的要求，需要滿足一下要求：一是對所有可能發生碰撞的2臺機器人制定出獨立的干涉區；二是2臺干涉的機器人中的其中一臺機器人進入干涉區后，另一臺機器人需要等到這臺機器人退出后才能進入；三是機器人活動的空間應該根據干涉區和其運動的軌跡共同劃分；四是所有機器人進入干涉區域的優先級要一樣；五是當有2臺機器人同時進入干涉區后，制定出對汽車焊接生產有益的競爭機制；六是為了能夠保證生產線的連續性，設置干涉區的主要作用只適用于當前對象的生產，當結束這一生產過程后，就消除所有的干涉區域。

3 汽車焊接生產線中多機器人協同系統的應用

隨著互聯網技術和制造業技術的普及，對工業機器人的應用越來越廣泛[4] 。在一些傳統的手工操作的工位中引入工業機器人進行生產，通過工廠車間現有的網絡對工業機器人系統的程序進行控制，使多臺機器人在同一工位上也能夠相互配合進行工作，不會因為在工作過程中出現干涉區域而發生機器人之間的碰撞。所以，能夠有效解決在焊接車間生產線中多機器人協同工作的問題。

3.1機器人干涉區域中的程序判斷

如果要對機器人的程序進行編寫，就需要對機器人受到干涉的區域和機器人的系統相對應。比如，以WP3_RB01機器人為例，能夠準確了解每一臺焊接機器人受干涉的區域，會有6個區域受到其它機器人的干涉，而焊接機器人和搬運機器人會有2個區域會發生干涉現象。

3.2可編程邏輯控制器干涉區中的程序判斷

設置可編程邏輯控制器的主要目的是使同一個工位中多臺機器人受到干涉的信號相連接。簡單來說就是，如果一臺機器人在干涉區域內，其它準備進入干涉區域的機器人能夠掌握這臺機器人的狀態，使得其它的機器人無法進入干涉區域[5] 。如果其它的機器人都沒有進入干涉區域，那么這臺在干涉區域內的機器人就可以把區域內的狀態傳達給其它的機器人，告知它們暫時不能進入區域，等到該臺機器人完成工作推出干涉區域后，其它的機器人才可以進入。比如，以WP3_RB01機器人為例明確干涉區域中的程序判斷，當WP3_RB01機器人進入劃分的干涉區域后，該機器人就會把區域內的狀態傳達給主站控制器，通過主站中的控制器將WP3_RB01機器人進入受干涉區域的消息告知其它的機器人，使除WP3_RB01機器人以外的機器人都不能進入干涉區域，只有當WP3_RB01機器人退出干涉區域后，其它機器人才可進入進行工作。

4 結束語

通過文章中對多機器人協同系統的分析，可以看出在汽車焊接生產線中應用多機器人協同工作，不僅能夠提高產品的質量，還能夠提高車間生產線的整體效率。這種多機器人協同的系統已經應用于柳州六和方盛機械車間中，汽車焊接生產線中明確表現出了同一區域的機器人不僅能夠在工作中相互配合，還能夠有效避免工作進行活動中產生的干涉情況，滿足機械車間實際的生產要求，也能夠提高自動化技術汽車焊接生產線中多機器人系統系統的穩定性。打破了傳統的多臺機器人工作產生的局限性，進一步縮短了多機器人協同系統響應的時間，降低成本的投入，因此這種多機器人協同系統應該在生產車間中廣泛推廣。

參考文獻：

[1] 李濤，郝亮，吳犇，等.焊接機器人系統在汽車底盤焊接中的應用[J].納稅，2017（20）：193-193.

[2] 鐘平，李華雄.多機器人協同系統在汽車焊接生產線中的應用[J].天津職業技術師范大學學報，2018（1）：31-34.

[3] 張喆.機器人在汽車焊接生產線柔性化中的應用分析[J].科技風，2017（9）：21-21.

[4] 張穎，耿國慶，文小福，等.機器人焊接線生產管理系統應用研究[J].機器人技術與應用，2018，No.182（2）：42-44.

[5] 車英芳.現代機器人在汽車焊接生產線柔性化中的應用員的管理[J].時代汽車，2018（4）：38-39.

（作者單位：柳州六和方盛機械有限公司；柳州安美科技有限責任公司）