工業機器人焊接生產線的設計及研究

王立忠

摘要：在我國現代工業發展中，工業機器人應用愈加廣泛，在節約工業生產的人力成本投入的同時，也大大提升了工業生產的效率和質量。而在工業機器人的工業生產中，焊接工作就是其主要應用方向，因此對工業機器人的焊接生產線進行設計和研究是實現工業機器人使用的重要基礎。本文對工業機器人的結構組成進行分析，對其焊接生產線的設計要點進行研究，為工業生產中工業機器人的使用奠定基礎。

關鍵詞：工業機器人;焊接生產線;設計;要點

0? 引言

工業機器人是一種機械裝置，是適用于多產業領域的多關節機械手或者是多自由度的功能性機器，具有自動執行工作的應用優點，在現代工業生產中得到了高度重視。工業機器人中包含移動機器人、點焊機器人、弧焊機器人、激光加工機器人、真空機器人以及潔凈機器人等等，而在工業生產中使用較多的機器人種類就是點焊機器人和弧焊機器人。在機器人焊接作業開展中，前提基礎就是對焊接生產線的設計與研究，是保證機器人正常運行的前提。

1? 工業機器人的結構組成及其焊接工藝介紹

工業機器人作為當前工業生產中應用較為廣泛的現代機械裝置，為我國現代工業發展做成了巨大貢獻。工業機器人作為現代機械的重要代表，其主要結構組成分為三個方面：即主體、驅動系統和控制系統。工業機器人的主體就是其基座和執行機械組織，包括機械臂、機械腕和機械手，甚至有部分工業機器人還具備行走機構[1]。驅動系統就是工業機器人的動力裝置和傳動系統，是工業機器人正常使用的動力基礎。最后的控制系統就是生產指令輸入的程序結構和執行機構，是工業機器人自動化生產工作的指令基礎。

焊接是工業機器人主要的生產作業之一，現階段的工業機器人焊接使用中，其主要的焊接工藝就是電阻焊和電弧等，而在工業生產中，應用較為廣泛的就是電阻焊和電弧焊。電阻焊的焊接原理就是利用電極電流以工件為載體實現熱量的傳輸，進而給電極之間的焊接結構施加熱能，實現對焊接部件的加熱融化，最終實現金屬焊接。而電弧焊則和電阻焊有一定的區別，主要就是在其兩者之間的熱效率和焊縫上，電阻焊的熱效率更高，并且焊縫也更為致密，在現代工業機器人的焊接工藝使用中，如果沒有特殊要求，多采用電阻焊進行作業，以提升工業焊接的質量。在工業機器人的焊接過程中，多采用點焊的方式進行，并且需要對焊接部件的表面狀態、焊槍電極壓力以及加熱溫度進行全面把控，避免這三方面影響工業機器人電阻焊過程中的接觸電阻。在工業機器人的焊接工藝中，需要焊接生產線的前提基礎，為其焊接作業的開展奠定生產線基礎，保證對焊接部件焊接作業的順利開展，因此在工業生產中進行工業機器人焊接使用時，首要的任務就是對工業機器人的焊接生產線進行設計研究，為工業機器人焊接作業的順利開展提供保障。

2? 工業機器人焊接生產線的設計要點分析

在工業機器人的焊接生產線的設計過程中，其主要的設計研究內容包含了三個方面，即仿真系統設計、控制系統設計以及系統設計的實現。基于此，在工業機器人的焊接生產線設計中，就需要對這三個設計要點著重考慮，以保證其設計的科學性和實用性。

首先，工業機器人焊接生產線的仿真系統設計。在現代工業機器人的仿真設計中，主要是通過ROBCAD進行的，是一種現代化的設計軟件，主要應用在生產線的概念設計、結構設計以及仿真設計等領域[2]。工業機器人焊接生產線仿真系統設計中，就要應用ROBCAD的仿真3D模型進行設計，以便設計過程中對模型進行旋轉修改，保證焊接生產線設計的整體效果。在工業機器人焊接生產線的仿真系統設計中，主要包含對ROBCAD中仿真模型的夾具運動動作進行設計制作，是實現工業機器人運動學機構和機械工具運動的基礎，其設計步驟就是在ROBCAD的Modeling模塊中打開動作設計的軟件系統，然后分別創建Link、Axis以及Joint，Link創建中要設計兩個Link，然后通過Axis對焊接生產線仿真系統中的機械機構運動形式進行定義，然后以Joint定義運動步驟，最終實現對工業機器人夾具運動動作的設計。在工業機器人焊接生產線的仿真系統設計中，還要根據其焊接作業的實際情況對機器人的焊槍類型進行選擇，主要有同樣長度上下電極臂構成、運動形式呈現為張開式上下弧形運動的X型焊槍和上下電極臂直線運動的C型焊槍，要根據機器人的實際焊接作業進行科學化的設計選擇。然后，還要在ROBCAD中對機器人和焊槍的結合以及生產線中的布局進行仿真設計，機器人與焊槍結合中主要是采用ROBCAD中的Mount功能實現兩者的結合，保證焊槍隨機器人軸進行運動，然后根據工業生產焊接作業的實際需求，在ROBCAD中對機器人進行布局，并要進行機器人碰撞區測試，以保證工業機器人焊接生產線作業過程中不會出現運動碰撞的情況。

其次，工業機器人焊接生產線的控制系統設計。控制系統是工業機器人焊接生產線設計工作的重點所在，是實現生產線焊接作業自動化控制的重要基礎。在工業機器人焊接生產線的控制系統設計中，系統硬件組態設計是首要環節，其設計要點是以機器人臺數以及CPU作為系統PLC的從站和主站進行設計[3]。以我國工業機器人焊接生產線設計中常用的CPU為例：其CPU型號為416F-3PN/DP作為工業機器人焊接生產線的PLC主控制器，將所需要的機器人臺數進行編號作為從站，在系統設計中，PLC對機器人的外圍設備動作進行全面控制，以實現其焊接作業。在硬件組態設計完成后，就要以圖形編程語言進行PLC順序控制流程的設計，目前階段使用的主要圖形編程語言就是S7-GRAPH。在順序控制流程設計結束后，就要對工業機器人焊接生產線的焊接作業內容進行設計、區分，以保證每臺焊接機器人都能夠完成其焊接作業。這時，就要使用到Graph程序設計系統，然后分別根據焊接生產線設計中每臺機器人焊接作業的區分，對其焊接作業內容進行程序設計。

最后，工業機器人焊接生產線的系統設計實現。在前期設計過程中，使用ROBCAD機器人仿真軟件對焊接生產線的主要模型進行設計，包括了夾具、焊槍以及模型動作，將設計好的動作模型與機器人進行的結合，通過對控制系統的設計，對機器人布局和控制進行了分析。然后又在控制系統設計中對機器人的控制程序進行了順序設計，實現了對工業機器人焊接生產線的全面控制。這些都屬于工業機器人焊接生產線的離線設計，主要實地焊接生產線的布局以及機器人的作業動作等進行設計。而在最后，就是要將離線設計實施到現場之中，以實現項目實施期，并在現場實際中對設計不足的位置進行修正。要先根據設計結果進行生產線設備的安裝，然后將ROBCAD的仿真數據輸入到機器人設置之中，并將離線程序也下載到機器人控制之中。完成后，還要根據現場的實際情況進行設計優化，以保證仿真系統設計的正常運行。在PLC離線控制程序的系統設計實現中也是如此，但是相比較于ROBCAD的仿真系統設計，PLC控制系統設計一般修改較小，具有很高的適用性。

3? 結束語

工業機器人焊接生產線是當前工業生產中焊接作業的主要從業機構，在設計過程中，要從仿真系統、控制系統以及最后系統實現的修正三個方面著手，保證生產線設計的科學性，推動我國工業產業發展。

參考文獻：

[1]李恒，張翅，黃智泉，等.中部槽機器人焊接生產線方案設計及應用[J].煤炭技術，2019，38（5）：145-146.

[2]楊明熬，邵加發.AI在機器人焊接中的典型應用[J].電子技術與軟件工程，2017（24）：114-115.

[3]邱瑋杰，王瑞權.機器人自動焊接工作站設計與應用[J].焊接技術，2019（3）：176-177.