汽车点焊机器人控制系统的设计研究

赵贵程++沈鹏

摘 要：本篇文章的主要目的是讲解汽车点焊机器人控制系统的应用，主要讲解汽车点焊机器人控制系统的构成，详细的讲述了汽车点焊机器人控制系统的应用经验，对汽车点焊机器人控制系统在使用过程中需要注意的问题进行详细的总结，汽车点焊机器人控制系统可以对整个生产过程进行监控，达到运行稳定的目的。

关键词：控制系统；汽车点焊机器人；设计研究

伴随着我国经济的迅速发展，使机器人在当今社会的每一个行业中都得到了一定程度的使用，工业机器人则是应用最为广泛的。工业机器人的出现已有四十多年的历史，在汽车工业领域有着广泛的使用，是主要的机电一体设备。

一、焊接机器人

工业机器人最大的应用是在焊接方面，在汽车制造行业中需要对焊接的精密程度有着很高的要求，普通的人工工人很难完成这个指标。另外在焊机过程中，会产生很多对人体有危害的烟雾和火花。所以，使用点焊机器人对于汽车工业领域是十分有意义的。为了满足生产的需要，一般的汽车点焊机器人都是使用关节式工业机器人，这种机器人通常具有六个自由度，分别为：腕转、腰转、大小臂转、腕摆和腕捻。焊接机器人的主要驱动方式为气电驱动，该驱动具有精度高、速度快、节约能源、方便维修的优点，是汽车点焊机器人所需要的驱动方式。

二、我国焊接机器人的发展情况

我国机器人的研发已经具有三十多个年头了，最开始的十年之中处于研究开发的阶段，发展的较为缓慢，从85年开始被国家划入相关计划之中，提升了发展的速度。在“863”和“七五”“八五”“九五”的技术攻关和发展计划的促进下，使我国的机器人研究得到很大的进展，在基础的技术方面之中有着很大的进步，并将其应用到实际工作之中。机器人在工程方面的应用，主要表现为汽车点焊机器人控制系统在自动化生产中的应用，是工业机器人总体的五分之二。我国所使用的机器人主要有国产、日产和欧产三个种类。这些焊接机器人的功能较为单一化，在工作前需要人员对其操作，控制每个关节的运动，达到点焊的效果。我国在机器人使用的方面上和西方先进国家还是具有差距的，在机器人产业方面的匮乏是造成这一现状的主要原因。

三、焊接机器人的系统组成

机器人想要将任务完成，需要控制系统和相应设备的配合。一般焊接机器人是由操作机、控制器、变位机、焊接系统和传感器、控制中心和安全设备所构成的。

（一）操作机

所谓的机器人操作机是焊接机器人在系统之中的执行程序，操作机是由传动机、驱动器、机器人臂和关节等内部编码盘所组成，其主要任务是能够确定操作器精准的到达要求的位置，并且完成动作。工业机器人通常都具有三个以上的运动关节，分为主要关节和次要关节两个类型，其数目和层次决定机器人的工作空间，因为焊接机器人具有六个关节，所以能够精确地到达预定位置，这样的机器人操作机在汽车点焊的领域中具有大量的应用。

（二）控制器

控制器好比人类的中枢神经，它是由计算机硬件、计算机软件和相应电路所构成。软件系统主要为控制器系统软件、机器人运动软件和专用语言。在机器人工作的过程中全程控制操作动作。每个机器人的控制权都具备多处理器，根据系统的指令，对组件进行相应的驱动。

（三）变位机

变位机是汽车点焊机器人在焊接生产的过程中的重要组成，其工作目的是将工件移动到最佳的焊接位置。在焊接工作前，在变位机上的夹具对被焊工件进行夹取，不同的工件需要不同的负载力和运动方式。

（四）焊接系统和传感器

焊接机器人完成作业的核心是焊接系统的存在，是由微处理器和部分接口芯片所组成的控制系统，它可以更具焊接程序对焊接参数进行输入、并对故障进行诊断，实现和本地计算机的联系。因为参数选择的需要，所以需要由机器人控制器直接控制。在焊接的过程中，需要对机器人的组成部分都能保证其精密度，否则会出现焊接部位出现偏差和焊接能量输入超标，所以说焊接传感器是不可缺少的设施。

（五）控制中心

在工业机器人在向系统化和网络化发展的过程中，中央控制计算机起到了很到的作用。在通过接口和控制器的连接，其主要用于和任何层次的计算机形成网络通信，并且和传感器互相配合，实现对数据的管理。

（六）安全设备

机器人系统运行的重要保证是安全设备的有无，主要有过热自动断电保护、超速自动断电保护、动作越位自动断电保护、人工急停断电保护等等，其可以很好保护周围人员和设备的安全。

四、汽车点焊机器人控制系统的应用

（一）使用车点焊机器人控制系统符合安全需要

虽然使用机器人可以在一定程度上代替人类工作的危害，但是他又会带来一些隐藏的危害，例如机器人伤人事故等。所以，在使用机器人进行焊接过程中，要确保工作人员不能离开安全区域，确保机器人的正常工作。

（二）汽车点焊机器人的控制装置

虽然焊接机器人自身具有完整的控制系统，但是作为独立化的设备，在每个生产线上都只有一个工作站，这就需要有外部控制装置对其进行有效的控制，用来适应生产的需要。使用可编程程序控制器和监控装置是常用的焊接机器人的控制装置。从而实现生产过程中的有序自动化。

（三）汽车点焊机器人控制系统的扩展应用

1.增加外部行走轴

汽车点焊机器人的外部行走轴和其他的六个轴基本一样，都具有伺服电机，它们和转动装置进行配合，对机器人的活动范围进行有效的扩大，在狭小的空间中进行良好的作业。增加外部行走轴，实现了车身焊接的完全自动化，提高了生产率。

2.自动装置交换的应用

在生产线上，为了可以更好的节约空间，降低投资，可以使用自动交换装置，它是由可编程的控制器在生产的过程中对机器人进行控制，让机器人进行伺服焊钳和工具的自动切换，这样一来，一台机器人就可以完成两台焊接机器人的工作，大大节约了成本和空间。

五、总结

正如上文所讲述的，汽车点焊机器人系统的应用为汽车的制造行业带来了高效率、高质量、高数量生产效果，对流水线上的汽车提供了非常有利的保障。与此同时，汽车点焊机器人业在实践之中暴露出很多问题，使得我们不能停止前进的步伐，不断的努力创新，寻求有效解决问题的手段，使汽车点焊机器人系统为我国汽车制造业做出更大的贡献。