ABB 工業機器人的焊接路徑規劃

◎ 頔張昀

（作者單位：天津市電子信息技師學院自動化工程系）

一、引言

傳統的焊接操作由人工完成，其主要可能產生的問題是焊接時間長、焊縫焊點不夠均勻，同時焊接工屬于特殊工種，對人體健康有一定影響，并且在焊接過程中可能會發生危險。自從焊接工業機器人應用以來，代替了人工焊接生產，從安全性、效率性、工藝性等均有大幅度提升。尤其在汽車生產行業中，其車身焊點數量眾多，人工焊接常有“丟焊”的情況，而應用機器人后，可完美解決此類問題，并提高焊接質量。

二、路徑規劃和編程思路

焊機機器人在實際生產操作的環節中，主要包括焊機的調試、焊機與機器人控制器的連接、焊絲送料裝置的調校、二氧化碳氣體送檢裝置的調校、焊接軌跡的路徑規劃、工業機器人編程與調試。一般情況下工業機器人參與的焊接多數采用二氧化碳氣體保護焊，這種焊接方式成本低、安全、可靠。本文從焊接軌跡路徑規劃和編程的角度，闡述焊接工業機器人的應用方式。

在實際生產焊接中，焊接路徑主要包含直線和曲線兩種形式。如圖所示是某零件的縫隙，需要經過工業機器人焊接，達到焊縫全覆蓋且焊點均勻的目的。為方便闡述，已在圖中標記若干點位。其中，P10 是機器人焊接工具在焊縫垂直向上的位置，焊槍下落后至焊縫起始點P20。從P20 至P30 是一段直線，P30 至P70 是兩段明顯的曲線，而P40 是第一段曲線P30-P50 的中間點，P60 是第二段曲線P50-P70 的中間點。

在設計工業機器人焊接路徑時，首先要對路徑的直線和曲線進行劃分，然后針對每條曲線，找出其起始點、中間點和終止點。在曲線的路徑規劃過程中，曲線的弧度不可超過π，即每條曲線不可超過半個圓形軌跡，尤其在對一個正圓軌跡規劃是，至少將該正圓劃分為兩段曲線。從曲線路徑軌跡規劃的實踐中表明，將一段弧線劃分地越細致，該曲線的軌跡越接近實際曲線。但在焊接軌跡的設計中則要盡量減少焊接軌跡的中間點，因為在每次焊接軌跡點與點之間切換運行過程中，都會增加一定的焊接慣性，極易導致轉接點的位置焊點過大，造成不美觀的情況，有時會不符合焊接生產工藝。

在針對該段軌跡的編程時，首先，利用ABB 工業機器人的MoveJ 指令，利用手動示教調整機器人焊槍的位置至P10 點，即焊接起始點位的正上方10mm 左右，為焊接做準備。然后用MoveL指令，完成焊槍從P10 至P20、P20 至P30 的移動和焊接。接著用MoveC 指令完成P30-P70 的兩段弧線焊接，最后用MoveL 指令垂直抬起焊槍，完成該路徑的焊接。該部分參考程序如下：

MoveJ P10，V300，Z1，tool0；

MoveL P20，V50，Z1，tool0；

MoveL P30，V30，Z1，tool0；

MoveC P40，P50，V30，Z1，tool0；

MoveC P60，P70，V30，Z1，tool0；

MoveL P80，V50，Z1，tool0；

在該部分程序運行時，第一步調整工業機器人焊槍位置的指令，采用V300 的速度，即在自動全速運行時，速度為300mm/s；在從P10 至P20 垂直下降的過程中，速度減緩至50mm/s，以防止速度過快產生較大慣性；自焊接開始后，速度調至30mm/s，保證焊接質量的情況下，采用較低速度，使焊點符合工藝要求。其具體焊接速度可以根據焊接現場實際情況進行調節。在運行過程中的坐標采用工具坐標tool0，在選取坐標時，要考慮焊接工件的實際情況，如果焊接工件是水平放置，便可以采用大地坐標、工具坐標一致的坐標系。如果一旦工件為非平整工件，那么在焊接時必須首先自定義建立一個工件坐標，然后在焊接過程中，全程使用工件坐標運行，以完成相應焊接操作。坐標系的選取在焊接過程中也是不可忽略的重要因素之一。

三、焊接機器人路徑規劃的常見問題和解決方式

1.手動調試時必須關閉焊機。

在焊接機器人應用過程中，路徑規劃是在手動調試過程中完成的。在手動運行時，一般情況下制作路徑規劃，而不能進行手動焊接，否則會由于弧光等因素，對操作者視力造成影響，也極易釀成事故。因此在手動調試過程中，必須關閉焊機，關閉ABB手持設備中生產模式的開關，且在手動調試前必須反復檢查是否關閉焊機。在生產調試過程中，由于未關閉焊機釀成的事故屢見不鮮。

2.自動運行后軌跡出現偏差。

工業機器人的應用最大特點就是高精度、高重復精度，特別適合一致性生產和批量生產模式。因此在路徑規劃設計時，要保證每一個生產工件，在每一次焊接前所到達的位置必須一致，這主要取決于上一級生產的精度和準確度。例如，該待焊接的工件由PLC 控制的電機傳送帶運送至焊接操作區域，則必須保證每次運送至此的工件位置無較大偏差。或上一級由搬運工業機器人將待焊接件，抓取運送至待焊接區域，如果采用工業機器人完成上一級運送操作，則精度便會很高，會避免焊接軌跡與焊縫不吻合的情況。

四、結束語

目前焊接機器人能夠完成的焊接主要以平面部件為主，路徑軌跡規劃較為簡單。在立體焊接中的軌跡路徑規劃，則需要構建更為復雜的工件坐標系，甚至要將待焊接件放置旋轉載體上，應用焊接機器人完成更為復雜的焊接。良好的焊接路徑軌跡規劃，是提升自動焊接生產效率的重要前提。