汽车焊装中机器人焊接仿真技术的应用进展

任小康（北京汽车制造厂有限公司,河北沧州061100）

汽车焊装中机器人焊接仿真技术的应用进展

任小康
（北京汽车制造厂有限公司,河北沧州061100）

摘要：机器人焊接仿真技术的出现，给工程机械、汽车制造等行业带来了巨大的变革，尤其是汽车制造行业，已然成为目前机器人焊接仿真技术应用最多的领域。本文首先对汽车焊装机器人仿真技术进行了简要介绍，然后分析了机器人焊接仿真技术的优势，最后就汽车焊装中机器人焊接仿真技术的应用作了进一步探讨。

关键词：汽车焊装；机器人焊接；仿真技术̓̓

机器人焊接仿真技术在处理程序繁琐、动作复杂的焊接操作时具有十分明显的优势，且其具有较高的柔性度，产品适应能力强，可达到产品快速切换的效果。在汽车焊装中应用机器人焊接仿真技术，可以大大提高企业的核心竞争力。

1汽车焊装机器人仿真技术概述

1.1汽车焊装机器人结构简介

焊接机器人一般是六轴式结构，具体包括以下部分：1）机座。机座是焊接机器人的基础部分，具有支撑作用。其中，固定型机器人直接安放在地面上，而移动型机器人需要安设在移动结构上；2）臂部。臂部起到连接机身与手腕的作用，它可以调整手部的空间位置，辅助机器人进行作业，同时将各类载荷转移至机座；3）手腕。手腕起到连接手部与手臂的作用，它可以调整手部的空间方向，同时将手部荷载传递至手臂；4）手部。手部是装载操作机构的部分，机器人的各类焊接作业都要通过手部来完成。

1.2汽车焊装机器人焊接仿真的工作流程

以日本松下的焊接机器人为例，该系列机器人大多是示教再现式机器人，示教即通过人工导引、示教盒等方式使机器人完成某种动作，该动作可以被示教程序自动编程并保存在控制系统之中，当运行该程序时，便可使机器人反复再现这一动作。对机器人进行焊接操作的示教以后，机器人可按预先设计好的动作顺序来执行焊接任务。松下企业十分注重焊接机器人系统运作的可靠性和安全性，运用当前较为先进的DTPS离线编程仿真软件，可在计算上对相关参数及数据模型加以修改、设定，从而使机器人更可靠地完成焊接仿真模拟工作。

2机器人焊接仿真技术的优势

制造行业的焊接动作比较复杂、焊接程序较为繁琐，加之生产装置的柔性特征和汽车市场的需求性，在制造行业引进技术优势明显的机器人焊接仿真工艺十分有必要。机器人焊接仿真技术的具体优势如下：首先，机器人焊接仿真技术可借助虚拟方式对实际焊机场景进行模拟，克服了运用传统数学、理论方法无法对现实问题进行有效分析、判断的缺陷。其不仅提高了焊接的质量和效率，而且最大程度上减少了设计风险，对可能出现的重大经济、技术损失起到了很好的防范作用。其次，机器人焊接仿真技术可充分利用数字样机，开展综合性的模拟焊接实验，这样就能大大提高模拟焊接的实效性，并且能够降低由设计变更与模拟实验所引起的成本支出。最后，机器人焊接仿真技术可以避免不必要的设计变更，降低焊接次数，因此能够有效地缩减交货付款时间。

3汽车焊装中机器人焊接仿真技术的应用

3.1汽车减振器的焊接方案

在汽车制造领域，机器人焊接仿真技术主要用于完成高性能、长寿命的汽车减振器的设计工作。在确定焊接方案时，需要对顾客需求、焊缝位置以及工件的产量、种类等加以综合考虑，从而得出最佳设计方案。通常情况下，汽车减振器焊接为机器人CO2焊接工艺，选用双机器人、双工位型焊接布局，这样可以进行双工位的交叉作业，且各工位为双轴变位机构，有利于提高系统运作的安全性、稳定性。

3.2焊接系统的仿真模拟

（1）确认机器人操作范围与焊枪角度。在设计一些焊接程序比较复杂的工件时，不能仅凭操作人员的主观判定，或随意编制焊接方案，否则会增加焊机操作的失误率，使企业蒙受巨大的经济损失。可通过DTPS软件对机器人的焊接动作进行模拟，在计算机上完成焊枪角度的调整，并熟悉机器人的焊接动作路线及活动范围，分析机器人运作时可能遇到的干扰因素，对焊接方案的可靠性做出客观、真实的评估。然后，在此基础上，不断调整方案设置，对其进行反复优化，最终使该方案具有足够高的稳定性与可靠性。

（2）机器人节拍计算及协调模拟。为了妥善处理成本与效率两者的关系，提高焊接系统的工作效率与水平，可令多台机器人同步开展作业，但机器人数量并非越多越好，在确定机器人的具体数量时，必须对多方面因素加以统筹考虑。可利用DTPS软件，在系统终端完成相关示教编程，并借助软件的实时监控和播放功能，分析各机器人之间操作的协调性，确认其是否存在冲突，然后将焊接速率、焊接效率等一一记录下来。值得注意的是，顾客对于节拍、效率等参数通常有较严格的要求，因此在进行焊接模拟仿真之前，要事先咨询客户对节拍方面的要求，以防因意见分歧而产生矛盾。此外，有关技术部门应将程序的播放过程录制下来，并保存相关视频资料，从而为后期的模拟仿真研究提供参考。

（3）离线编程。通过DTPS仿真模拟软件在计算机端进行离线焊接程序编制，并将程序输入、保存到机器人控制系统的存储单元之中，当需要实际焊接时，可令系统运行该程序，从而提高示教效果。由上述分析不能发现，在设计多工件的焊接方案时，可利用DTPS离线编程，安排多人分工合作，这样不仅有利于提高现场资源利用率，缩减示教所需时间，还能有效提升焊接方案的质量与效率。运用本系统，可对长度在100~500mm之间的工件焊接方案进行设计，可充分体现离线编程的优势所在。

对于质量、精度及一致性较差的厚板工件，应加强现场焊接的跟踪及监控。基于DTPS软件较为丰富的功能，可在离线编程时植入接触传感、电弧传感等先进功能，并将示教程序导入机器人的核心控制系统之中。这样在开展现场焊接时，能够直接调出程序并加以演示，从而改善厚板工件的焊接质量。

4结论

随着科技的进步，工业机器人的性能将更加强大、成本更加低廉，机器人焊接仿真技术的应用也会越来越普及。我国在向汽车制造强国迈进的过程中，必须重视机器人焊接仿真技术的研究和应用，使其在提高焊接质量、减小焊接成本、实现焊接自动化方面发挥更大的作用。

参考文献：

[1]张超，王琦，姚永刚.基于AC-PID控制器的焊接机器人仿真[J].焊接技术，2013(7).

[2]陈明鑫.汽车焊接仿真中机器人的选型方法介绍[J].汽车工艺与材料，2013(4).

[3]姚翀.工业机器人在汽车生产行业的应用[J].硅谷，2014(11).