多机器人系统在汽车焊接中的应用研究

NO.9.2014

( CumulativetyNO.288 )

多机器人系统在汽车焊接中的应用研究

赵晓巍1　袁　庆2

（1.天津市北洋天泽智能机器人科技有限公司，天津 300384；

2.天津市盖德涂装科技有限公司，天津 300000）

摘要：我国的汽车工业在不断的发展，在制造汽车工序上也变得尤为复杂，尤其是对焊接的要求较为严谨，然而由多机器人构成的系统可以与汽车焊接的需求相适应，因此受到了人们的广泛关注。基于此，文章以多机器人系统在汽车焊接中的应用为基本点，进行详细的研究。关键词：多机器人系统；汽车焊接；汽车工业

中图分类号：U468　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2014）09-0040-02

工业机器人在早期就已经被人们应用在金属切削行业、汽车制造业等领域中。当汽车工业不断发展至今取得了一定程度的发展模式之后，单个的机器人已无法满足汽车焊接的需要，与此同时对单个机器人的开发所付出的成本远远高于多个机器人的开发，因此在汽车焊接过程中应用多机器人系统，既经济又实用。

题，因此多机器人技术受到了许多人的关注。可是多机器人也存在一些缺点，例如：碰撞问题。多机器人的工作碰撞不单是缺乏通信的原因，同时也是设备布局的不合理所造成的，然而具体的还是在拟定运动控制结构方面的问题所制约的碰撞现象。焊接机器人是以移动的形式进行工作的，由于多机器人面对的工作环境基本上是非机构化、动态形式的环境，极易造成多机器人之间产生相互的碰撞。

多机器人在移动的过程中所采用的控制结构为包容式结构。即在控制结构中是由几个行为模块组成，分别为：随机行为、躲避行为、绕避行为、目标行为等，在不同的行为模块中按照传感器的输入明确此行为的具体输出，一般低层行为能够被高层行为所控制。决策模块按照对目标点的观察结果和传感器的输入选取一种适当的行为当做最后的输出。利用传感器进行探测可以得出机器人周边的相关信息，拥有较快的响应速度，然而也无法避免的会让机器人陷入到局部最优的状态。

因此，可以通过对机器人观察目标点全局信息的利用，快速获取信息，与对整体环境的建模相比较，有速度快、简便的优势。机器人在可以看到目标点时，目标点行为就会优于躲避行为，若周围也没有其他机器人的情况下，就能够直接走向目标点，进而让机器人的路径减短，并防止了多机器人碰撞的现象。

1　工业机器人的分类和构造

1.1　工业机器人的分类

在汽车工业中经常使用到的机器人，往往包含：测量机器人、检查机器人、喷漆机器人、装配机器人、焊接机器人等。在焊接机器人方面具体应用到的是：电焊机器人、弧焊机器人。在实际的汽车焊接中应用焊接机器人，有单个机器人，也有多机器人。所谓多机器人就是由具备操作功能、任务规划以及环境观察等多个机器人构成，人们希望通过多机器人之间的合作与协调，充分的提升机器人系统的工作成效，从而抵抗外界干扰完成预定的任务。1.2　工业机器人的构造

机器人顾名思义是能够代替人类灵活完成危险生产或者重复工作的机器，在一般情况下包含：检测系统、执行装置、驱动系统、控制系统四部分。在机器人中包括工业机器人，同时工业机器人是作为最主要的成员，拥有可重复编程、多自由度、多功能、自动控制等特点，具体是由驱动装置、能源装置、机座、控制装置、机械手臂等部分组成。汽车在焊接的过程中应用机器人替代人工进行作业，能够充分的降低人工作业的难度，能够达到重复精准度高、生产自动化的目的，还能够利用对固定车型的程式编写，进行柔性化的生产。

3　多机器人系统在汽车焊接中的应用研究

3.1　在汽车工程中对焊接机器人的应用

由于汽车制造业的发展较为迅速，使得不同的工业机器人都广泛的应用在了企业的生产线上，可是汽车的焊接对于工人来说，能够直接影响到工人的健康，因此汽车焊接是应用机器人最为普遍的行业。进行汽车焊接的多机器人可以在恶劣的环境下连续工作，并可以确

2　多机器人系统的碰撞控制

由于多机器人系统能够解决单机器人无法操作的问40

保产品的总体质量水平，有效的降低操作工人的劳动强度，提升生产的效率，由此可见机器人在汽车焊接领域有着至关重要的作用。

3.2　多机器人焊接工作系统的选择、设计及构成

多机器人的焊接工作站利用专门的系统控制器，通过智能传感装置控制焊接动态过程，按照传感的具体信息对不同的繁琐工作情况开展即时的控制和跟踪，进而把控汽车焊接流程中的每一个环节，确保每一环节都可以准确完成，同时对实时的智能控制焊接的动态过程。在对机器人焊接生产线设备进行设计的过程中，具体需要顾虑的是三个层面，分别为：其一，焊接质量需和产品要求相适应；其二，焊接流程需和生产纲领相符；其三，生产线需具备优质的柔性特征。以下是多机器人焊接工作系统的选择、设计及构成：

（1）选择焊接工艺的参数。在焊接领域中的工艺参数主要包含：气体流量、焊接电压、焊接电流。开展自动焊接的流程中，全部的工艺参数都会事前设定完毕，具体控制的参数只有电弧电压和焊接电流，在气体流量方面具体是由人工进行细致调整的，其他的一些工艺参数会按照工艺要求的不同，根据调整的示教程序自动生成。若焊丝直径不同，在焊接电压、焊接电流等参数的选用上也会有所不同，此外还会显现出相对应的电弧行为与熔滴过渡模式。当明确了工艺参数的固定范围以后，最后所生成的焊接参数一定要利用焊接试验进行细致的选择，以此来获取较为恰当的焊缝性能。

（2）焊接机器人工作站系统的构成。焊接机器人的开发是以工业机器人为基础，焊接机器人作为科学、先进的焊接设备所具备的优点为：提升工人劳动条件、提升焊接质量、稳定的性能等。在构成焊接机器人工作站系统方面，是由外围设备和机器人的主要组成系统结合而成。机器人系统由示教、焊机系统、控制器、机器人本体构成。外围设备包含：外围接口、上下料装置、焊接工作台等。

（3）焊接夹具的设计。通过对机器人的利用进行焊接工装夹具，以此来紧固工件定位，确保工件的焊缝

处在正确的位置中，从而使得机器人工作站所作出的产品100%合格。在控制焊接夹具方面具体使用的是工作站式，将“从站模块”为主线进行远程的控制模式。在设计的过程中焊接夹具使用的是模块化、标准化的方式，在人机交互方面具体利用的是触摸屏的模式，触摸屏基本上在各个控制站都有所配置。显示屏上能够较为便利的设置参数，并能够在窗口实时显示数字。机器人工作站系统中所涉及到的焊接夹具拥有着重要的作用，很多的焊接机器人系统是否成功，都在于焊接夹具的设计模式。在设计自动化的焊接夹具方面，需要全面的分析操作者的适当劳动强度，并增添防错的功能，提升人机工程，如果显示出不完善的装配状态时，夹具将不再进行下一环节，此外，夹具的松开与夹紧需要具有逻辑的顺序，避免试件或机构因错误操作而导致不必要的损坏。

4　结语

根据以上的论述，对机器人的应用可以代替人们从事重复劳动或者危险劳动。在我国社会经济不断发展的过程中，汽车行业将高度柔性化放在了首位，为了能够与柔性生产相适应，对多机器人的利用，可以满足其需求进行多种产品和零件的焊接，以此来满足不断增加的小批量、多品种零件的不同要求。

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基金项目：本文系辽宁经济社会发展立项课题（2014lslktziglx-04）研究成果。

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