工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計研究

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摘要：在我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，工業(yè)機器人應(yīng)用愈加廣泛，在節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)的人力成本投入的同時，也大大提升了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。而在工業(yè)機器人的工業(yè)生產(chǎn)中，焊接工作就是其主要應(yīng)用方向，因此對工業(yè)機器人的焊接生產(chǎn)線進行設(shè)計和研究是實現(xiàn)工業(yè)機器人使用的重要基礎(chǔ)。本文對工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成進行分析，對其焊接生產(chǎn)線的設(shè)計要點進行研究，為工業(yè)生產(chǎn)中工業(yè)機器人的使用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；焊接生產(chǎn)線；設(shè)計；要點

引言

工業(yè)機器人是一種機械裝置，是適用于多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或者是多自由度的功能性機器，具有自動執(zhí)行工作的應(yīng)用優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了高度重視。工業(yè)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(yè)生產(chǎn)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(yè)開展中，前提基礎(chǔ)就是對焊接生產(chǎn)線的設(shè)計與研究，是保證機器人正常運行的前提。

1工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成及其焊接工藝介紹

工業(yè)機器人作為當前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)代機械裝置，為我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展做成了巨大貢獻。工業(yè)機器人作為現(xiàn)代機械的重要代表，其主要結(jié)構(gòu)組成分為三個方面：即主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。工業(yè)機器人的主體就是其基座和執(zhí)行機械組織，包括機械臂、機械腕和機械手，甚至有部分工業(yè)機器人還具備行走機構(gòu)[1]。驅(qū)動系統(tǒng)就是工業(yè)機器人的動力裝置和傳動系統(tǒng)，是工業(yè)機器人正常使用的動力基礎(chǔ)。最后的控制系統(tǒng)就是生產(chǎn)指令輸入的程序結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，是工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)工作的指令基礎(chǔ)。焊接是工業(yè)機器人主要的生產(chǎn)作業(yè)之一，現(xiàn)階段的工業(yè)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(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)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(xiàn)熱量的傳輸，進而給電極之間的焊接結(jié)構(gòu)施加熱能，實現(xiàn)對焊接部件的加熱融化，最終實現(xiàn)金屬焊接。而電弧焊則和電阻焊有一定的區(qū)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(xiàn)代工業(yè)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(yè)，以提升工業(yè)焊接的質(zhì)量。在工業(yè)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(tài)、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(yè)機器人電阻焊過程中的接觸電阻。在工業(yè)機器人的焊接工藝中，需要焊接生產(chǎn)線的前提基礎(chǔ)，為其焊接作業(yè)的開展奠定生產(chǎn)線基礎(chǔ)，保證對焊接部件焊接作業(yè)的順利開展，因此在工業(yè)生產(chǎn)中進行工業(yè)機器人焊接使用時，首要的任務(wù)就是對工業(yè)機器人的焊接生產(chǎn)線進行設(shè)計研究，為工業(yè)機器人焊接作業(yè)的順利開展提供保障。

2工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的設(shè)計要點分析

在工業(yè)機器人的焊接生產(chǎn)線的設(shè)計過程中，其主要的設(shè)計研究內(nèi)容包含了三個方面，即仿真系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計以及系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)?；诖耍诠I(yè)機器人的焊接生產(chǎn)線設(shè)計中，就需要對這三個設(shè)計要點著重考慮，以保證其設(shè)計的科學(xué)性和實用性。首先，工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計。在現(xiàn)代工業(yè)機器人的仿真設(shè)計中，主要是通過ROBCAD進行的，是一種現(xiàn)代化的設(shè)計軟件，主要應(yīng)用在生產(chǎn)線的概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及仿真設(shè)計等領(lǐng)域[2]。工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)設(shè)計中，就要應(yīng)用ROBCAD的仿真3D模型進行設(shè)計，以便設(shè)計過程中對模型進行旋轉(zhuǎn)修改，保證焊接生產(chǎn)線設(shè)計的整體效果。在工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計中，主要包含對ROBCAD中仿真模型的夾具運動動作進行設(shè)計制作，是實現(xiàn)工業(yè)機器人運動學(xué)機構(gòu)和機械工具運動的基礎(chǔ)，其設(shè)計步驟就是在ROBCAD的Modeling模塊中打開動作設(shè)計的軟件系統(tǒng)，然后分別創(chuàng)建Link、Axis以及Joint，Link創(chuàng)建中要設(shè)計兩個Link，然后通過Axis對焊接生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)中的機械機構(gòu)運動形式進行定義，然后以Joint定義運動步驟，最終實現(xiàn)對工業(yè)機器人夾具運動動作的設(shè)計。在工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計中，還要根據(jù)其焊接作業(yè)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(gòu)成、運動形式呈現(xiàn)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(jù)機器人的實際焊接作業(yè)進行科學(xué)化的設(shè)計選擇。然后，還要在ROBCAD中對機器人和焊槍的結(jié)合以及生產(chǎn)線中的布局進行仿真設(shè)計，機器人與焊槍結(jié)合中主要是采用ROBCAD中的Mount功能實現(xiàn)兩者的結(jié)合，保證焊槍隨機器人軸進行運動，然后根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)焊接作業(yè)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(qū)測試，以保證工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線作業(yè)過程中不會出現(xiàn)運動碰撞的情況。其次，工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計。控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計工作的重點所在，是實現(xiàn)生產(chǎn)線焊接作業(yè)自動化控制的重要基礎(chǔ)。在工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計是首要環(huán)節(jié)，其設(shè)計要點是以機器人臺數(shù)以及CPU作為系統(tǒng)PLC的從站和主站進行設(shè)計[3]。以我國工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計中常用的CPU為例：其CPU型號為416F-3PN/DP作為工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的PLC主控制器，將所需要的機器人臺數(shù)進行編號作為從站，在系統(tǒng)設(shè)計中，PLC對機器人的外圍設(shè)備動作進行全面控制，以實現(xiàn)其焊接作業(yè)。在硬件組態(tài)設(shè)計完成后，就要以圖形編程語言進行PLC順序控制流程的設(shè)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(shè)計結(jié)束后，就要對工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的焊接作業(yè)內(nèi)容進行設(shè)計、區(qū)分，以保證每臺焊接機器人都能夠完成其焊接作業(yè)。這時，就要使用到Graph程序設(shè)計系統(tǒng)，然后分別根據(jù)焊接生產(chǎn)線設(shè)計中每臺機器人焊接作業(yè)的區(qū)分，對其焊接作業(yè)內(nèi)容進行程序設(shè)計。最后，工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)。在前期設(shè)計過程中，使用ROBCAD機器人仿真軟件對焊接生產(chǎn)線的主要模型進行設(shè)計，包括了夾具、焊槍以及模型動作，將設(shè)計好的動作模型與機器人進行的結(jié)合，通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計，對機器人布局和控制進行了分析。然后又在控制系統(tǒng)設(shè)計中對機器人的控制程序進行了順序設(shè)計，實現(xiàn)了對工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的全面控制。這些都屬于工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線的離線設(shè)計，主要實地焊接生產(chǎn)線的布局以及機器人的作業(yè)動作等進行設(shè)計。而在最后，就是要將離線設(shè)計實施到現(xiàn)場之中，以實現(xiàn)項目實施期，并在現(xiàn)場實際中對設(shè)計不足的位置進行修正。要先根據(jù)設(shè)計結(jié)果進行生產(chǎn)線設(shè)備的安裝，然后將ROBCAD的仿真數(shù)據(jù)輸入到機器人設(shè)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(jù)現(xiàn)場的實際情況進行設(shè)計優(yōu)化，以保證仿真系統(tǒng)設(shè)計的正常運行。在PLC離線控制程序的系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)中也是如此，但是相比較于ROBCAD的仿真系統(tǒng)設(shè)計，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計一般修改較小，具有很高的適用性。

3結(jié)束語

工業(yè)機器人焊接生產(chǎn)線是當前工業(yè)生產(chǎn)中焊接作業(yè)的主要從業(yè)機構(gòu)，在設(shè)計過程中，要從仿真系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及最后系統(tǒng)實現(xiàn)的修正三個方面著手，保證生產(chǎn)線設(shè)計的科學(xué)性，推動我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻：

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

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

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

作者：王立忠 單位：上海高仙自動化科技發(fā)展有限公司