汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

趙貴程++沈鵬

摘 要：本篇文章的主要目的是講解汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用，主要講解汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的構(gòu)成，詳細(xì)的講述了汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)在使用過程中需要注意的問題進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)，汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)可以對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到運(yùn)行穩(wěn)定的目的。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；汽車點(diǎn)焊機(jī)器人；設(shè)計研究

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，使機(jī)器人在當(dāng)今社會的每一個行業(yè)中都得到了一定程度的使用，工業(yè)機(jī)器人則是應(yīng)用最為廣泛的。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)已有四十多年的歷史，在汽車工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的使用，是主要的機(jī)電一體設(shè)備。

一、焊接機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人最大的應(yīng)用是在焊接方面，在汽車制造行業(yè)中需要對焊接的精密程度有著很高的要求，普通的人工工人很難完成這個指標(biāo)。另外在焊機(jī)過程中，會產(chǎn)生很多對人體有危害的煙霧和火花。所以，使用點(diǎn)焊機(jī)器人對于汽車工業(yè)領(lǐng)域是十分有意義的。為了滿足生產(chǎn)的需要，一般的汽車點(diǎn)焊機(jī)器人都是使用關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人，這種機(jī)器人通常具有六個自由度，分別為：腕轉(zhuǎn)、腰轉(zhuǎn)、大小臂轉(zhuǎn)、腕擺和腕捻。焊接機(jī)器人的主要驅(qū)動方式為氣電驅(qū)動，該驅(qū)動具有精度高、速度快、節(jié)約能源、方便維修的優(yōu)點(diǎn)，是汽車點(diǎn)焊機(jī)器人所需要的驅(qū)動方式。

二、我國焊接機(jī)器人的發(fā)展情況

我國機(jī)器人的研發(fā)已經(jīng)具有三十多個年頭了，最開始的十年之中處于研究開發(fā)的階段，發(fā)展的較為緩慢，從85年開始被國家劃入相關(guān)計劃之中，提升了發(fā)展的速度。在“863”和“七五”“八五”“九五”的技術(shù)攻關(guān)和發(fā)展計劃的促進(jìn)下，使我國的機(jī)器人研究得到很大的進(jìn)展，在基礎(chǔ)的技術(shù)方面之中有著很大的進(jìn)步，并將其應(yīng)用到實(shí)際工作之中。機(jī)器人在工程方面的應(yīng)用，主要表現(xiàn)為汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用，是工業(yè)機(jī)器人總體的五分之二。我國所使用的機(jī)器人主要有國產(chǎn)、日產(chǎn)和歐產(chǎn)三個種類。這些焊接機(jī)器人的功能較為單一化，在工作前需要人員對其操作，控制每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動，達(dá)到點(diǎn)焊的效果。我國在機(jī)器人使用的方面上和西方先進(jìn)國家還是具有差距的，在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)方面的匱乏是造成這一現(xiàn)狀的主要原因。

三、焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成

機(jī)器人想要將任務(wù)完成，需要控制系統(tǒng)和相應(yīng)設(shè)備的配合。一般焊接機(jī)器人是由操作機(jī)、控制器、變位機(jī)、焊接系統(tǒng)和傳感器、控制中心和安全設(shè)備所構(gòu)成的。

（一）操作機(jī)

所謂的機(jī)器人操作機(jī)是焊接機(jī)器人在系統(tǒng)之中的執(zhí)行程序，操作機(jī)是由傳動機(jī)、驅(qū)動器、機(jī)器人臂和關(guān)節(jié)等內(nèi)部編碼盤所組成，其主要任務(wù)是能夠確定操作器精準(zhǔn)的到達(dá)要求的位置，并且完成動作。工業(yè)機(jī)器人通常都具有三個以上的運(yùn)動關(guān)節(jié)，分為主要關(guān)節(jié)和次要關(guān)節(jié)兩個類型，其數(shù)目和層次決定機(jī)器人的工作空間，因?yàn)楹附訖C(jī)器人具有六個關(guān)節(jié)，所以能夠精確地到達(dá)預(yù)定位置，這樣的機(jī)器人操作機(jī)在汽車點(diǎn)焊的領(lǐng)域中具有大量的應(yīng)用。

（二）控制器

控制器好比人類的中樞神經(jīng)，它是由計算機(jī)硬件、計算機(jī)軟件和相應(yīng)電路所構(gòu)成。軟件系統(tǒng)主要為控制器系統(tǒng)軟件、機(jī)器人運(yùn)動軟件和專用語言。在機(jī)器人工作的過程中全程控制操作動作。每個機(jī)器人的控制權(quán)都具備多處理器，根據(jù)系統(tǒng)的指令，對組件進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動。

（三）變位機(jī)

變位機(jī)是汽車點(diǎn)焊機(jī)器人在焊接生產(chǎn)的過程中的重要組成，其工作目的是將工件移動到最佳的焊接位置。在焊接工作前，在變位機(jī)上的夾具對被焊工件進(jìn)行夾取，不同的工件需要不同的負(fù)載力和運(yùn)動方式。

（四）焊接系統(tǒng)和傳感器

焊接機(jī)器人完成作業(yè)的核心是焊接系統(tǒng)的存在，是由微處理器和部分接口芯片所組成的控制系統(tǒng)，它可以更具焊接程序?qū)附訁?shù)進(jìn)行輸入、并對故障進(jìn)行診斷，實(shí)現(xiàn)和本地計算機(jī)的聯(lián)系。因?yàn)閰?shù)選擇的需要，所以需要由機(jī)器人控制器直接控制。在焊接的過程中，需要對機(jī)器人的組成部分都能保證其精密度，否則會出現(xiàn)焊接部位出現(xiàn)偏差和焊接能量輸入超標(biāo)，所以說焊接傳感器是不可缺少的設(shè)施。

（五）控制中心

在工業(yè)機(jī)器人在向系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的過程中，中央控制計算機(jī)起到了很到的作用。在通過接口和控制器的連接，其主要用于和任何層次的計算機(jī)形成網(wǎng)絡(luò)通信，并且和傳感器互相配合，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。

（六）安全設(shè)備

機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證是安全設(shè)備的有無，主要有過熱自動斷電保護(hù)、超速自動斷電保護(hù)、動作越位自動斷電保護(hù)、人工急停斷電保護(hù)等等，其可以很好保護(hù)周圍人員和設(shè)備的安全。

四、汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）使用車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)符合安全需要

雖然使用機(jī)器人可以在一定程度上代替人類工作的危害，但是他又會帶來一些隱藏的危害，例如機(jī)器人傷人事故等。所以，在使用機(jī)器人進(jìn)行焊接過程中，要確保工作人員不能離開安全區(qū)域，確保機(jī)器人的正常工作。

（二）汽車點(diǎn)焊機(jī)器人的控制裝置

雖然焊接機(jī)器人自身具有完整的控制系統(tǒng)，但是作為獨(dú)立化的設(shè)備，在每個生產(chǎn)線上都只有一個工作站，這就需要有外部控制裝置對其進(jìn)行有效的控制，用來適應(yīng)生產(chǎn)的需要。使用可編程程序控制器和監(jiān)控裝置是常用的焊接機(jī)器人的控制裝置。從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的有序自動化。

（三）汽車點(diǎn)焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的擴(kuò)展應(yīng)用

1.增加外部行走軸

汽車點(diǎn)焊機(jī)器人的外部行走軸和其他的六個軸基本一樣，都具有伺服電機(jī)，它們和轉(zhuǎn)動裝置進(jìn)行配合，對機(jī)器人的活動范圍進(jìn)行有效的擴(kuò)大，在狹小的空間中進(jìn)行良好的作業(yè)。增加外部行走軸，實(shí)現(xiàn)了車身焊接的完全自動化，提高了生產(chǎn)率。

2.自動裝置交換的應(yīng)用

在生產(chǎn)線上，為了可以更好的節(jié)約空間，降低投資，可以使用自動交換裝置，它是由可編程的控制器在生產(chǎn)的過程中對機(jī)器人進(jìn)行控制，讓機(jī)器人進(jìn)行伺服焊鉗和工具的自動切換，這樣一來，一臺機(jī)器人就可以完成兩臺焊接機(jī)器人的工作，大大節(jié)約了成本和空間。

五、總結(jié)

正如上文所講述的，汽車點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用為汽車的制造行業(yè)帶來了高效率、高質(zhì)量、高數(shù)量生產(chǎn)效果，對流水線上的汽車提供了非常有利的保障。與此同時，汽車點(diǎn)焊機(jī)器人業(yè)在實(shí)踐之中暴露出很多問題，使得我們不能停止前進(jìn)的步伐，不斷的努力創(chuàng)新，尋求有效解決問題的手段，使汽車點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)為我國汽車制造業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。