第卷第年肾机器人今以刃文编号车身焊装生产线上多台工业机器人应用技术的研究刘金汉东风汽车公司工艺研究所机器人室翻北省十堰市妮摘要本文讨论利用系统集成技术和计算机仿真技术的方法根据用户提出的工艺要求和操作要求进行工业机器人焊接设备以及周边设备的选择工业机器人焊接工位的设计与安装自动控制系统机器人程序编制以及对若千关健技术的研究比的程序编制和关拍词工业机器人焊接生产线,计算机仿真系统集成中口分类号文丝坛识码绷翻以众创俪‘肠碑“。列翔侧‘。胭妞杨朋诉曰州”‘吮彻闷。盯加吐橄拓碑山盯抽”郎叱挑讲。咚阅叫,伴二抽,详曲叫叩桃间俄耐卜吧外悯悦能。砚邓三山场忱飞少闭叩”引言自年月我公司第一次选派技术人员去公司设计的东风汽车公司车身厂人焊接生产线的调试与验收美国车身工业机器公司设计的德国工业机器人及焊接系统公司进行工业机器人及其焊接系统的应用技术培训以东风汽车公司轻型车厂吨单排座轻型车车身工业机器人焊接生产线的调试与验收以及在美国工业机器人及焊接系统公司进行的来我们进行工业机器人及焊接技术的应用研究已有六年了在这六年的时间里除了吸收消化工业机器人及其焊接系统的技术资料建立工业机器人及其焊接系统的组装整地和维修与培训中心外我们组装并测试了七台吨单排座轻型车车身工业机器人焊接生产线上使用的型工业机器人及其焊接系统的培训参加了意大利公司设计制造的一汽奥迪轿型工车顶盖机器人激光焊的调试以上这些项目的完成业机器人进行了点焊工业机器人系统的开发与研“使我们获得了充分的技术储备为完成国家“智”究”杂志论文发表在《机器人》“年第七期上且”能机器人主题工业机器人及其自动化应用工程专题轻型车车身机器人焊装线开发与应用工程课题打。年参加了面向新世纪中国机器人产业化发展论坛的讨论完成了神龙汽车有限公司富康轿车钢背门的下了坚实的基础工业机影人焊接工作站和东风汽车公司非金属零件厂富康内饰地毯的工业机器人水切割工作站另外月日由我们独立承担的国家“智能机器人主题工业机器人及其自动化应用工我们还参加了德国工业机器人及焊接系统程专题轻型车车身机器人焊装线开发与应用工程课荃金项目该项目得到了国家收稿日期计划资助项目编号一一一第”卷第期刘金汉车身焊装生产线上多台工业机器人应用技术的研究题在东风汽车公司轻型车厂通过了国家智能机器人主题重大科研项目智能制和机器人程序编制以及对若干关健技术的研究机器人主题专家组组织的验收该项目属国家该生产线有十个工位其中四五两工位上使用了六台轻型车车身工业机器人焊接生产线的工艺要求和操作要求碑系列工业机器人本文的重点集中在四五两工位主要根据用户提出的工艺要求操作要求利用系统集成技术和计算机仿真技术的方法进行工业机器人焊接设备及周边设备的选型系统设计与安装自动控制系统的程序编工艺平面布及工序内容所示工艺平面布置示意图如图公盯又份公材盯,盯‘盯戈拍了三公口图工艺平面布示意图扣记其中人分别为工位左右两侧的机器工位左右两侧的机调整线工位预留人工补焊弧焊工位工位预留工位白车身下线人工吊运至和分别为器人共使用六台机器人通过电动摆臂式输送线十个线上工位和线外工位完成对工件的输送装夹自动点焊机器人点焊和人工点焊等车身的全部焊装工作图双排座轻型车白车身所示为生沪尹咸一二各工位工序内容简介如下工位人工装配点焊前后地板总成左一找兰一兰「坛子衍一号—一一一司右各点共点工位人工在前工位合件上进行装配点焊中竖板总成左右各后围总成共点共点工位自动多点焊装配左右侧围总成前图双排座轻型车白车身点人工点定左右各点共点工位机器人补焊前工位合件共工位机器人点工位机器人焊接任务及埠钳选择补焊前工位合焊接任务件共左右各点工位前围与前支柱搭接焊点左右各人工装配点焊顶盖前横梁总成点地板脚踏板和轮罩合件搭接焊点左右各点共点共点点人工装配点焊顶盖总成点地板与后门槛搭接焊点左右各点点点后堵板与后连接梁焊点左右各后侧围与后围搭接焊点左右各左右各工位人工补焊前工位合件共工位预留人工补焊工位点机器人年月小计左侧共点右侧共点机器人点焊时间参考表焊钳选择预压时间选用型焊钳工艺尺寸略技术说明通电时间料厚焊接压力十焊接电流一。们几辅助行程锻压时间焊接边宽一一休止时间电板帽直径。操作要求通电时间机器人工位无人操作焊枪更换电极修磨由机盯工位机器人焊接任务及焊器人完成机器人给出信号人工更换电极当操作人钳选择员进人机器人工作区间时本区域的机器人驱动器机器人自动断电以保人员安全首先各持一把型焊钳补焊工业中支柱中竖板与后门洞搭接焊点左右各机器人焊接生产线的计算机仿真及仿真点结论的实验检验哪豆后围与地板搭接焊点左右各点后竖板与后侧围搭接焊点左侧点右侧点为了降低成本节省空间适应产品更新换代快然后各自快换一把型焊钳补焊和产品多样化的时代目前制造厂家一般都采用多中竖板与中支柱下堵板搭接焊点左右各品种混流生产线来组织生产本项目就是要设计制点造一个典型的多品种混流焊装生产线该生产线应左后堵板与左后竖板搭接焊点点能通过吨轻型车双排座宽窄两种车身和一排小计左侧共点右侧共点半宽车身共三种车型其中大部分焊接工作由工业机器人机器人来完成为了充分发挥工业机器人的作用焊各持一把型焊钳补焊接生产线上焊装夹具的结构形式工业机器人与焊前围与地板前横梁搭接焊点左右各点装夹具的相对位置非常关键又因机器人抓取端持前支柱与前竖板搭接焊点左右各点器焊钳在三维空间中按连续轨迹运动不能象其中支柱中竖板与前门洞搭接焊点左右各他机械设备一样能在平面图上表示其所有的状态点,设计出较理想的安装图来必须借助计算机的三维中支柱中竖板与后门洞搭接焊点左右各动画功能使用计算机仿真的方法使用计算机仿点真我们不仅仅只是要确定机器人的安装位置更重小计左侧共点右侧共点要的是根据工艺要求通盘考虑工件夹持器夹具的焊钳选择结构形式工业机器人与工件夹持器夹具的相对机器人采用一把型焊钳和一把位置并自动生成并优化机器人运动轨迹计算生产型焊钳交替使用节拍给出机器人工作的干涉区和盲区但这种仿真焊钳工艺尺寸略目前在国际上也只有少数几家公司能做我们在国机器人采用一把型焊钳外接触过的工业机器人计算机仿真软件是以色列人焊钳工艺尺寸略编制的它的功能非常齐全价格也比较贵在国内技术说明没见到有人使用基于这种情况我们所做的仿真只焊接压力是要求焊接电流确定机器人的安装位置焊接边尺寸宽给出机器人与机器人之间的干涉区域电板帽直径给出机器人不能焊接的区域盲区下电极活动范围给出机器人的最短工作节拍和最佳焊接路第卷第期刘金汉车身焊装生产线上多台工业机器人应用技术的研究经选用德国由于仿真所使用的软硬件都比较老仿真过程公司的六台电极修磨器水电气处理站六套水电气处理站中所创建的模型不理想动画效果不好所以仿真结果不完全令人满意考虑到机器人一旦安装就很难更改所以我们拿到仿真结果后又在实验室对仿真安全护网安装与连接如图所示工位结果进行了实际验证和数据调整系统集成硬件与安装使用的设备工业机器人及其控制柜安装位置图凡一选用四台型工业机器人自重和两台吨一轴运动区间正共六台六轴关节式工业机器人翁冲衣一一「负一个从度控制器一个主硬件采用的是三个负责运动执迹的数据运算蟾多仁二…二二二二」棍吕人位创扭和俘签往侧粗及水电气供班与处粗站坪公电棍修奋娜衬更住雄橄作站负责六个轴电机的伺服控制还有一个从负责和人机接口控制器结构采用的是非标准的总线式结构一块主控制板两块轴控制板一块接口控制板一块安全电路处理板驱夏卫,,‘安‘门价动器结构采用一块电源板一二三轴各一块驱动板图工位盯安装位置图四五六轴合一块驱动板软件无系统软件和应用软件之分工艺软件采用数据配置的方式进行修改配置文件和一体化焊钳及其控制柜两文软件与功能软件框图上位机程序框图如下件选用法国翻加机器人程序流公司的四套型和四套型工程图如下见参考文献主要功能介绍工业机器人焊接生产线的多机器人防撞技业机器人一体化焊钳德国型焊接控制公司的六套柜这种焊钳的焊接变压器与焊接杆被做成一个整术在一条多机器人协同工作的生产线上为防止机器人之间相互碰撞必须对机器人运动轨迹进行规划与控制轨迹规划的目的是在保证生产节拍的前提下寻找一条最佳路经以尽量减小机器人之间的相互干涉区域这在计算机仿真里进行是很方便的且可以与仿真的其它指标一起考虑减少或消除干涉区减轻控制的难度体它体积小结构简单便于抓取重量一般在公斤左右焊接控制器采用一种叫做步进电流式焊接技术该技术能根据电极焊接截面的增大而增加焊接电流以保证焊接质量当电极截面增大到一定量时自动给出信号到机器人去修磨电极当电极修磨到一定次数时自动给出信号到机器人去更换电极车身愉送装置电动摆臂式输送线确定或得到机器人之间的干涉区后在机器人的示教编程过程中就要分段或分区域进行示教在车身焊装夹具焊钳更换装置选用机器人工作程序中进行判断等待设置区域代码在上位机程序中进行区域代码判断输出并控制机器人工业机器人焊接生产线的工业机器人运动公司的两套焊钳快换器和四个焊钳放置架电极修磨器轨迹平滑技术机器人年月工业机器人运动轨迹如不平滑在工业机器人功能这条止令执行后控制器就对后面的指令都提前高速运动时是很危险的同时也是不允许的工业机器人的运动轨迹是人工示教机器人控制器逐条执行以产生连续的运动轨迹运动指令有点到点控制“条进行计算运动轨迹的线段“连接不平滑的问题就可以用运动指令”“直线控制”“回弧控制”续的运动轨迹是由这三条指令首尾相接产生的这一条连来解决但是当程序执行中遇到输人输出指令或等待指令时指令就失效后面的运动轨迹又将变得不平滑或“一”样的运动轨迹在线段的连接处是不平滑的且运动指令可以解决此问题高质量的运动轨迹来自这些速度也不衡定为解决此问题机器人提供了一种指令的灵活运用程序开始系统初始化处理全线急停系统动力电源上电系统循环自动准备信号输入各工位循环自动准备以工位为单位进行开关信号的处理中间结果的记忆循环状态的判断为过程处理提供条件过程处理以工位为单位共十个过程处理流程图因篇幅的关系本文只提供第五工位的过程处理流程图信号输出见图先以工位为单位进行控制信号的的输出然后再以工位为单位进行状态指示信号的输出显示机器人防撞子程序故障判断子程序以工位为单位进行故障判断与置位故障显示子程序以代码的形式显示故障号程序结束并返回到程序的开头进行下一个扫描周期图上位机程序框图忱工业机器人焊接生产线的单机器人多焊钳技术为了降低成本同时也为了节约空间有时一台机器人需要使用两台或多台焊枪在同一工位分时进套所以必须使用同一套输人输出信号线对两台焊钳进行配置此外两台焊钳必须在一台电极修磨器上进行修磨需要进行识别两台焊枪都需要进行电极更换报警提示也需要进行判断本项目采用在机行工作焊枪可以有多台但焊接控制器和其它周边设备却只有一套且要求机器人的工作不受影响比器人控制器对两把焊钳进行配置在焊接控制器编如在一台机器人上使用两台焊钳进行工作因两台焊钳的结构不同所以动作时序不同焊接参数也不同而机器人和焊接控制器的焊接信号线只能有一制多套焊接程序在机器人工作程序中进行焊钳识别工业机器人焊接生产线的安全防护技术第卷第期刘金汉车身焊装生产线上多台工业机器人应用技术的研究人身安全防护措施机器人是一个非常危险的装置无论用在哪种后机器人立即停止如果机器人停止在一已定义的圆形区域内可以自动恢复机器人工作当“场合都必须将机器人的工作区域用护拦围起来以防非法进人危险区机器人提供了两种安全措施一是急停。机器人工作时如遇到需要人工进人工作区进行处理时如更换电极冒按请求进入系统准备允许二是用户安全信号进人的顺序进行操作设备安全防护措施机器人的危险性不仅仅是对人同样也对设备”通常使用门开关当使用急停按钮时机器人的运动并不是立即停止而是延时一定的时间后秒才停延时是为了记忆机器人的停止点自动生产线和机器人之间的位置关系采用软硬件双重判断使用焊钳在位开关判断焊钳的有与无使用厘却循环水回水流量检侧开关判断电极冒脱落保护焊枪和可控硅使用时间延时和焊接结束开关判所以急停后机器人的运动没有离开程序的运动轨迹恢复原来的运动无任何问题当使用时机器人立即停止且离开原来的路经此停止点是一不确定点要回到原来的路经上去必须十分小心断电极粘连使用工作程序结束信号和机器人原位开关判断机器人循环工作结束采用信号中断对焊口流程图初始化进入钳有与无冷却循环水回水流量焊接控制器正常焊接压力进行处理动循环机器人接入结论机器人切除于该系统自从设计安装调试成功以来一直在稳定运行它的定位精度重复精度系统稳定性都高于技术任务书的要求完全满足用户提出的工艺要求操作性好且有完善的故障检测代码易于维机器人在原位且退出焊接子程序工件到位修得到了用户的满意通过了国家智能机器人专家组组织的验收机器人请求程序号公犯参考文献公又公又〕机器人进入焊接子程序机器人回原位且没退出焊接子程序机器人工作结束图泣服飞,闭记详详…众…碑……、嗯叩伴。工位的过程处理流程图刘金汉点焊工业机器人系统的开发与研究机器人年第七期增刊《通用技术任务书》神龙汽车有限公司如果路经上无障碍物可直接恢复如果路经上有障碍物或不确定就必须人工干预降低运动速度进行神龙汽车有限公司《专用技术任务书焊装分册》作者简介列金汉恢复如果确实无法恢复必须退出程序手工完成该循环男工学硕士高级工程师研究领城工年代的和一机器人能业机器人技术和工业机器人应用技术的研究自愉出一信号当使用动化应用工租设计