点焊、弧焊机器人协同作业在汽车生产中的应用

罗爱华，孙英飞，欧凤琴

（奇瑞装备责任有限公司，芜湖 241000）

0 引言

机器人技术[1]作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，在提升企业技术水平，稳定产品质量、提高生产效率，实现文明生产等方面具有重大作用。随着社会的发展和工业机器人[2]技术的进步，工作效率越来越被人重视，以前的单个点焊、弧焊机器人单独工作已经不能满足人们对效率的要求，于是为了提高生产效率和优化工作节拍，我们将奇瑞公司自主研发的QH165点焊机器人和QH6弧焊机器人应用于奇瑞汽车单工位A15侧围车门焊接上[3]。

1 系统构成及机器人技术指标

1.1 系统构成

整个系统由QH165点焊机器人，QH6弧焊机器人和外部设备组成。其中QH165公斤点焊机器人[4]和QH6公斤弧焊机器人都由奇瑞汽车公司自主研发，外部设备由奇瑞装备公司设计。

1.1.1 奇瑞QH165点焊机器人系统组成

QH165机器人系统包括机器人本体如图1所示，机器人运动控制系统[5]、示教系统、水气检测模块，焊接控制系统及焊钳系统。

1.1.2 奇瑞QH6弧焊机器人系统组成

QH6弧焊机器人系统包括机器人本体如图2所示，机器人运动控制系统、示教系统[6]、自动送丝系统及焊接电源系统。

1.1.3 外部设备系统构成

图1 QH165点焊机器人本体

图2 QH6弧焊机器人本体

外部设备系统包括PLC控制柜、夹具、夹具导轨系统、安全光幕、安全门和外部按钮站等。

1.2 机器人技术指标

QH165公斤点焊机器人及QH6公斤弧焊机器人的主要技术指标如表1所示。

表1 机器人技术指标

2 工艺介绍及控制工作原理

2.1 工艺介绍

为了提高工作效率，奇瑞焊装一车间A15工位要求点焊、弧焊机器人同时对侧前门或侧后门同时焊接。QH165点焊机器人主要对侧门内侧的17个点进行焊接如图3所示，而QH6弧焊机器人则是负责上下2个门铰链的焊接如图4所示，且要求点焊、弧焊机器人同时工作。点焊和弧焊两个机器人的工作过程都由外部PLC控制[7]。

图3 点焊工件

图4 弧焊工件

2.2 控制工作原理

点焊机器人、弧焊机器人，夹具和夹具导轨系统都由外部PLC控制，人机触摸屏界面主要用来设置参数和监控系统运行状态，在整个系统正常运行下只对按钮站进行操作。

点焊机器人及其弧焊机器人有各自独立的电气控制单元，整个系统由PLC作为控制单元，由PLC来控制机器人[8]、夹具和导轨之间的相互动作。

图5 焊接过程流程图

人工上完件后，按下“导轨前进”按钮，导轨运动到位后，夹具将导轨锁紧，这时夹具给PLC一个到位信号和车型信号，此时PLC判断点焊、弧焊机器人是否在Home点、是否满足安全条件，如果一切条件满足，点焊、弧焊机器人就开始识别PLC发过来的车型信号并调用相应的焊接程，焊接开始。当两个机器人焊接完成，各自回到自己的Home点，此时点焊、弧焊机器人各自给PLC发出一个焊接完成信号，PLC收到两个完成信号后，锁紧导轨的夹具打开，导轨自动运行到初始位置，夹紧车门夹具打开，可以安全下件，整个焊接过程完成，等待下一个循环如图5所示。为了生产安全，我们在上工件处安上了光幕，在请求进入机器人围栏处安上了安全门。一旦有人进入了危险区，PLC检测有输入信号，触发两个机器人，让两个机器人立刻停止运行；如果需要让机器人恢复运行，只要障碍物退出危险区，按下按钮站上的“恢复运行”按钮，两个机器人接着运行未运行完的程序。

3 干涉区的界定

图6 干涉区的界定

图7 奇瑞A15焊接工位

将点焊、弧焊机器人同时运用在一个工位中最大的难题就是安全问题，由于两个机器人同时在一个工件上焊接，各自的工作空间非常小，一不小心两个机器人就可能发生碰撞，在生产过程中这是我们首先要考虑的问题。考虑到安全性干涉的区界定是必不可少的。在传统的干涉区界定中，大部分是利用时间的先后顺序来解决的，在某个运动完成后才允许其他的运动进行，这样解决干涉问题虽然比较可靠但是浪费了很多时间，影响了生产效率，特别是在庞大的汽车工业焊装线中，甚至会严重影响生产节拍。在本系统中，我们将这些空间上的干涉问题用干涉区来描述[9]。根据A15工位的情况，我们划分了4块干涉区如图6所示。并要求每个干涉区每次最多只允许一个机器人进入，在划分干涉区时，我们在考虑安全的前提下尽量将干涉区的面积最小，这样可以保障机器人的运动空间更大，以致优化生产节拍。机器人对干涉区的请求都是通过PLC来控制的。

4 结论

该系统已经成功的运用到了奇瑞汽车侧门的焊接中，在生产过程中表现了良好的稳定性能和安全性能。焊点和焊缝都达到了工艺质量要求。通过对干涉区的设定，很好的解决了两个机器人运动之间的干涉问题，很大程度上提升了机器人的运动灵活性，即提高了安全性，又优化了生产节拍。

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