工業機器人作為現代制造業主要的自動化裝備，使焊接自動化取得了革命性進步，它突破了焊接剛性自動化的傳統方式，開拓了一種柔性自動化的新方式〔1、2〕。在提升企業技術水平，穩定產品質量，提高生產效率，實現文明生產等方面具有重大作用。這些年，隨著國內汽車制造業的迅猛發展，機器人焊接技術作為先進制造技術的主要手段得以廣泛應用。

1 焊接機器人的特點和功能

現在廣泛應用的焊接機器人都屬于第一代工業機器人，它的基本原理是示都再現〔3、4〕。由于機器人的示都再現功能表現為焊接機器人完成一項焊接任務，只需一次示教，即可精確地再現示教的動作，如要機器人去做另一項工作，無需改變任何硬件，只需再做一次示教即可，因此，在一條焊接機器人生產線上，可自動生產若干種焊件，焊接機器人對生產條件的適應性很強。焊接機器人是一種可編程的柔性自動化設備，靈活性很強，尤為顯著的是能在狹窄的空間作業的具有6個自由度的機器人，在汽車制造行業倍受矚目。圖1所示為某主流品牌焊接機器人，其主要特點如下：

（1）動作高速、平滑 與其他同類型機器人相比，最高速度高，加速度大，因此縮短了空走時間和循環時間，提高了生產率。

（2）動作范圍廣 由于采用了獨立關節構造，動作范圍大，最大伸展距離為1360mm，水平行程范圍為1017mm，同時由于彩了偏置手腕構造，更容易接近焊接工件，焊槍的旋轉角度增大，因此擴大了焊接工件時的動作范圍。

（3）體積小、節省空間 在設計上采用了不需選擇設置場所的緊湊化設計，在旋轉軸上采用中空減速機，減小了設置空間。

（4）控制性能優異、操作性強 控制器主CPU與演算CPU的獨立化，保證了更平滑的高速運動，確保了軌跡的高精度；而且內存使用FLASH在存儲器，大大提高了存儲容量。

2 汽車凈化器殼體焊接實例

目前該型機器人在工業焊接，尤其是在汽車制造業中得到了越來越廣泛的應用。汽車凈化器外殼采用Q235低碳鋼板，經剪切、成型夾緊、定位、焊接、熱浸滲鍍鋁等工藝制成。低碳鋼板滲鋁工藝可取代不銹鋼，并可長期在900℃高溫以下使用而不損壞，原材料成本低。凈化器殼體由沖壓件經點焊和弧焊完成，其上、下殼體接口由直線焊縫及兩端法蘭環焊縫組成。本工作站采用了2個焊接工位的機器人焊接系統，首先將凈化器擺放在工裝上，通過工作臺的浮動支撐、輔助支撐及夾具進行定位及夾緊，由焊接機器人、定位器以及與之匹配的周邊設施相互準確地配合完成整個凈化器工序所含各焊接部位的焊接。生產中也可根據設備利用率采用人工點焊后再由機器人自動完成縫焊的焊接工藝。

2.1 焊接機器人工作站的組成及動作設計

該焊接機器人系統主要由機架（底座、支撐座）、工作臺浮動支撐、輔助支撐及夾具（2臺變位器、2個工位）、機器人及其控制系統、氣動系統、防護欄、遮光板、光幕、焊接電源、焊槍、電氣系統及其它輔助裝置組成。

2.1.1 機器人的控制系統

由于可編程控制器（PLC）是專為工廠環境下應用而設計的一種工業控制計算機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小、是實現機電一體化的理想控制裝置等優點，所以本工作站采用其作為主控制裝置，負責整個系統的集中調度，通過總線和 I/O接口獲取各個執行元件的狀態信息，將焊接任務劃分為各個子任務，分發并協調各個工位的工作。

該控制系統主要由主控制箱、主操作盤、副操作盤等部分組成，其核心是日本三菱可編程控制器〔3〕。主控制箱是控制的中心，主要完成對機器人、操作盤的協調控制；副操作盤裝有觸摸屏，能完成所有操作及提供各種指示，有電源“入、切”、“手動、自動”轉換開關、“運轉準備”、“異常解除”、“警報停止”、“非常停止”等按鈕，以及各種報警指示燈；主操作盤完成工作的啟動、停止控制。

2.1.2 底座

用于安裝焊接機器人、翻轉變位器、輔助支撐、工作臺等部件。其中水平翻轉變位器拖動2套夾具配合焊接機器人使工件焊縫處于最佳的焊接位置。

2.1.3 氣動系統

氣動系統由各氣動閥、汽缸等組成，實現工件的托起、定位加緊等動作。

2.2 焊接系統的運行控制

系統初始化，并檢測各個執行元件的狀態，由于焊接工件種類不同，需要設置不同的焊接工藝參數。控制焊槍動作的焊接控制器中可存儲多種焊接工藝參數，每組焊接參數對應1組焊接工藝。機器人向PLC發出焊接預約信號，PLC通過焊接控制器向焊槍輸出需要的焊接工藝參數。

該系統技術是，工作安全可靠，2個焊接工位獨立存在、交互運轉。當工位1完成Ⅰ型凈化器焊接后，焊接機器人按程序預約自動轉到左面工位2進行Ⅱ型凈化器的焊接，同時操作人員可在工位1進行工件的裝卸，縮短了焊接生產的輔助時間，提高了生產率。工件在夾具中定位準確可靠，重復定位精度高，焊接質量好。每一工位的焊接夾具均采用變位器拖動，使其在焊接過程中可以改變工件的焊接姿態，配合機器人的動作，保質保量地完成凈化器的焊接。該系統的動作過程如下：

啟動→點焊→縱焊縫施焊（同時工位2夾工件，啟動）→上面焊接結束，變位器翻轉變位→下面縱焊縫施焊→下面焊接結束；進行環焊縫焊接→焊接結束，裝卸工件，同時預約轉入工位2的焊接（焊接順序與工位1相同），點焊和環焊這2個動作均是在工位1上完成的。

按工位1啟動開關→機器人開始運行工位1→按工位2開關，工位1動作結束后，工位2程序自動運行→取下工件1，放上新工件→按工位2開關→工位2程序結束后，工位1程序自動運行，圖2充分說明了兩工位之間的動作關系。

根據動作順序進行空載運轉，在各個動作準確無誤后裝夾工件示教，通過機器人的示教器確定各工位的焊接工藝參數，最后進行試焊接。

3 結論

目前，汽車制造業中的焊接方法以點焊、弧焊為主。在惡劣的焊接條件下，作為集機械、電子、計算機、控制、傳感器等多門學科理論與技術于一體的焊接機器人，其工作狀態穩定，能確保焊接質量。本文所介紹的工作站在汽車配件生產廠家的成功運用充分證明了該工作站的通用性和靈活性。只要稍加調整工裝和控制程序就能適應不同工件焊接的需要，而且機器人自動焊接凈化器尺寸的一致性，夾具定位的準確性，密封性起著至關重要的作用。

參考文獻：

〔1〕 樸永杰，林濤，邱濤，等。多智能體系統在焊接柔性制造系統中的應用〔J〕。焊接學報，2002，23(5)：87－90。

〔2〕 崔文旭。機器人在汽車焊接生產線柔性化中的應用〔J〕。焊接技術，2003,32(5):35－38。

〔3〕 唐新華。焊接機器人的現狀及發展趨勢（一）〔J〕。電焊機，2006,36(3):1－5。

〔4〕 郭云曾。焊接機器人及系統介紹〔J〕。焊接技術，2002,29(SO):8－11。