王一賀

摘要：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域得到質(zhì)的飛躍，不僅在應(yīng)用質(zhì)量與效率等方面得到提升，而且可以有效降低應(yīng)用成本，對(duì)企業(yè)發(fā)展提供穩(wěn)固動(dòng)力。在工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的發(fā)展中，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，并在工業(yè)領(lǐng)域獲得了十分廣泛的應(yīng)用?；诖耍疚闹饕Y(jié)合工業(yè)機(jī)器人及其構(gòu)成，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的焊接原理及程序進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;焊接;應(yīng)用

隨著工業(yè)機(jī)器人在車(chē)身焊裝線上的廣泛應(yīng)用，其工作效率越來(lái)越受到關(guān)注。工業(yè)機(jī)器人的路徑規(guī)劃是否合理是影響其工作效率的一個(gè)非常重要的因素。若能在保證焊接質(zhì)量的情況下進(jìn)一步提高焊接效率，可以有效地降低生產(chǎn)成本。目前工業(yè)機(jī)器人在物流、電子、化工等多個(gè)領(lǐng)域都得到了比較廣泛的應(yīng)用，對(duì)提升工業(yè)企業(yè)效率，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升、降低成本等都具有非常重要的意義。

一、工業(yè)機(jī)器人概述

在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中，機(jī)器人具有十分廣泛的應(yīng)用，特別是在汽車(chē)零部件制造及汽車(chē)相關(guān)行業(yè)，機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值十分顯著。就目前工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展來(lái)說(shuō)，其作為各國(guó)政府財(cái)政扶持的重點(diǎn)項(xiàng)目，是具有極大發(fā)展空間的新興產(chǎn)業(yè)之一。通常情況下，工業(yè)機(jī)器人主要有三個(gè)部分，即機(jī)械、控制及傳感三部分;這三個(gè)部分又可分為六個(gè)系統(tǒng)：

第一，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。從這一部分來(lái)看，可在大體上將工業(yè)機(jī)器人分為并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人。在我國(guó)早期應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的相對(duì)更多;但就目前來(lái)說(shuō)，使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人逐漸增加，從并聯(lián)機(jī)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，主要需通過(guò)動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)，以?xún)蓚€(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)鏈將其連接，如此一來(lái)，該機(jī)構(gòu)同時(shí)具備兩個(gè)（或以上）自由度，能夠在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)下形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。另外，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，其主要構(gòu)成包含了手腕、手臂等部分，其中手腕主要負(fù)責(zé)主體與工具的連接，而手臂活動(dòng)區(qū)相對(duì)影響空間較大。通過(guò)對(duì)比串聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)器人也能夠發(fā)現(xiàn)，后者具有更大的承載能力，其剛度也更大，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷更小，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更適合現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。

第二，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要需向機(jī)械結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力。結(jié)合動(dòng)力源的區(qū)別，一般可將該系統(tǒng)分為氣壓式、液壓式、機(jī)械式、電氣式等四種。在早期應(yīng)用中，多采用液壓驅(qū)動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人，但液壓系統(tǒng)在使用中存在噪聲、泄露以及低速不穩(wěn)等情況，因而現(xiàn)階段僅有大型重載機(jī)器人或一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用中使用液壓驅(qū)動(dòng)方式。就現(xiàn)階段而言，在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用最多的就是電力驅(qū)動(dòng)方式，這一驅(qū)動(dòng)形式響應(yīng)更快，驅(qū)動(dòng)力也更大，同時(shí)其電源取用更加方便，并具有更方便的檢測(cè)、傳遞、處理信號(hào)能力，可在多種不同的控制方式下進(jìn)行便捷、靈活的應(yīng)用，正是因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)也最為廣泛。

第三，感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)h(huán)境信息、機(jī)器人內(nèi)部信息等經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器間能夠理解并應(yīng)用的信息和數(shù)據(jù)，除這些相關(guān)信號(hào)外，該系統(tǒng)還需要感知速度、力、位移等與自身工作狀態(tài)相關(guān)的機(jī)械量，在工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)階段的研發(fā)中，視覺(jué)感知技術(shù)是非常關(guān)鍵的一個(gè)方面。作為反饋視覺(jué)信號(hào)的視覺(jué)伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效控制機(jī)器人的姿態(tài)與位置，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于多個(gè)方面，諸如工件識(shí)別、檢測(cè)質(zhì)量、分揀食品以及商品包裝等方面。

第四，控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要可結(jié)合傳感器反饋的信號(hào)以及作業(yè)指令，支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并通過(guò)相關(guān)指令的支配，指示機(jī)器人相關(guān)機(jī)構(gòu)行動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能。在工業(yè)機(jī)器人的行動(dòng)中，若不具備相應(yīng)的信息反饋功能，一般可將其視為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng);反之，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外，在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，由于控制原理的不同，還可將其劃分為以下三種：①程序控制系統(tǒng);②人工智能控制系統(tǒng);③適應(yīng)性控制系統(tǒng)。由于控制運(yùn)動(dòng)形式的不同可分為以下兩種：①點(diǎn)位控制;②連續(xù)軌跡控制。

第五，人機(jī)交互系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)將人與機(jī)器人進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并可通過(guò)相關(guān)程序的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)人員對(duì)機(jī)器人的控制。例如：計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)終端、信息顯示板、危險(xiǎn)報(bào)警裝置等都是人機(jī)交互系統(tǒng)功能的體現(xiàn)。

第六，機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，這一系統(tǒng)十分關(guān)鍵，能夠顯著發(fā)揮協(xié)調(diào)與聯(lián)系機(jī)器人與外部環(huán)境的作用。其主要表現(xiàn)一般為功能單元的集成，比如：加工制造單元、裝配單元、焊接單元等。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)、應(yīng)用中，還可以同時(shí)借助多臺(tái)機(jī)器人，將其設(shè)計(jì)集成為相對(duì)復(fù)雜的功能單元，完成復(fù)雜的指令。

二、工業(yè)機(jī)器人焊接原理分析

熔接，即焊接，主要是將兩種（及以上）同種或不同種材料經(jīng)過(guò)加壓、加熱（也可加壓與加熱同時(shí)進(jìn)行），達(dá)到促使兩工件原子間產(chǎn)生結(jié)合的一種加工與聯(lián)接方式。目前，在多個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)與加工中都會(huì)用到焊接技術(shù)，該技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)制造行業(yè)中的重要技術(shù)，不僅在工業(yè)制造中具有重要作用，在石化、煤炭、礦山、建筑、輕工紡織等多個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有極大的應(yīng)用價(jià)值。而在工業(yè)機(jī)器人的加工制造中，焊接技術(shù)也是必不可少的機(jī)械技術(shù)之一。從構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的部分來(lái)看，在操作中主要涉及兩大部分，其一焊接設(shè)備;其二機(jī)器人。在這兩部分中，組成機(jī)器人的主要構(gòu)件有：①控制柜（硬件及軟件）;②機(jī)器人本體兩部分。

從焊接設(shè)備方面來(lái)說(shuō)（本文主要以電焊與弧焊為例），主要包含以下幾部分組成：①焊接電源（控制系統(tǒng)）;②焊槍?zhuān)ㄣQ）;③送絲機(jī)（弧焊）等。

三、工業(yè)機(jī)器人焊接程序分析

在具體焊接中，一般可將焊接程序分為下述幾個(gè)環(huán)節(jié)：第一，安裝與加緊工件：這一環(huán)節(jié)需應(yīng)用平板焊接夾具，放置工件并固定;第二，新建程序：這一環(huán)節(jié)需在示教盒啟動(dòng)“程序管理”，并新建程序;第三，ARCON指令;第四，對(duì)焊接參數(shù)記性修改：這一環(huán)節(jié)需要結(jié)合焊接材料，修改與設(shè)置焊接參數(shù);第五，確定熄弧點(diǎn)：將TCP移動(dòng)到工件上的熄弧點(diǎn)，同時(shí)輸入ARCOF指令;第六，將焊槍放回安全（或規(guī)定）位置;第七，在示教模式下對(duì)程序進(jìn)行核查：首先，按住“使能開(kāi)關(guān)”然后按“前進(jìn)”，使編寫(xiě)程序處于空載運(yùn)行狀態(tài)，要在確定機(jī)器人TCP處于正確的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而才能啟動(dòng)自動(dòng)焊接程序;第八，再現(xiàn)運(yùn)行：在機(jī)器運(yùn)行到安全區(qū)域，將焊絲干伸長(zhǎng)度、保護(hù)氣流量進(jìn)行調(diào)整;移動(dòng)光標(biāo)到第一行程序處，切換成“再現(xiàn)模式”;開(kāi)啟伺服使能，啟動(dòng)“轉(zhuǎn)換+應(yīng)用”鍵;按“啟動(dòng)”鍵，使程序能夠被自動(dòng)激發(fā)并運(yùn)行。

結(jié)合上述焊接程序，在完整焊接中，從程序初始到終止一般需經(jīng)過(guò)10個(gè)具體流程，現(xiàn)說(shuō)明如下：

①程序開(kāi)頭：MAIN;

②移動(dòng)至待機(jī)區(qū)域：MOVJP1，V50，Z0;

③移動(dòng)至焊接開(kāi)始區(qū)域：MOVJP2，V50，Z0;

④移動(dòng)至焊接點(diǎn)：MOVJP3，V50，Z0;

⑤開(kāi)始引弧、焊接：ARCONAC200，AV24，V50，T1;

⑥移動(dòng)至焊接結(jié)束區(qū)域：MOVJP4，V50，Z0;

⑦熄弧，結(jié)束焊接：ARCOFFAC150，AV22，T1;

⑧移動(dòng)至焊接結(jié)束區(qū)域：MOVJP5，V50，Z0;

⑨移動(dòng)至安全位置：MOVJP6，V50，Z0;

⑩結(jié)束程序：END。

綜上，伴隨我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也愈加頻繁。對(duì)此，本文主要結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的焊接原理對(duì)其焊接程序進(jìn)行了具體分析，希望能夠?yàn)楣I(yè)機(jī)器人焊接質(zhì)量的提升提供一些參考。

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