工业机器人焊接生产线的设计及研究

王立忠

摘要：在我国现代工业发展中，工业机器人应用愈加广泛，在节约工业生产的人力成本投入的同时，也大大提升了工业生产的效率和质量。而在工业机器人的工业生产中，焊接工作就是其主要应用方向，因此对工业机器人的焊接生产线进行设计和研究是实现工业机器人使用的重要基础。本文对工业机器人的结构组成进行分析，对其焊接生产线的设计要点进行研究，为工业生产中工业机器人的使用奠定基础。

关键词：工业机器人;焊接生产线;设计;要点

0  引言

工业机器人是一种机械装置，是适用于多产业领域的多关节机械手或者是多自由度的功能性机器，具有自动执行工作的应用优点，在现代工业生产中得到了高度重视。工业机器人中包含移动机器人、点焊机器人、弧焊机器人、激光加工机器人、真空机器人以及洁净机器人等等，而在工业生产中使用较多的机器人种类就是点焊机器人和弧焊机器人。在机器人焊接作业开展中，前提基础就是对焊接生产线的设计与研究，是保证机器人正常运行的前提。

1  工业机器人的结构组成及其焊接工艺介绍

工业机器人作为当前工业生产中应用较为广泛的现代机械装置，为我国现代工业发展做成了巨大贡献。工业机器人作为现代机械的重要代表，其主要结构组成分为三个方面：即主体、驱动系统和控制系统。工业机器人的主体就是其基座和执行机械组织，包括机械臂、机械腕和机械手，甚至有部分工业机器人还具备行走机构[1]。驱动系统就是工业机器人的动力装置和传动系统，是工业机器人正常使用的动力基础。最后的控制系统就是生产指令输入的程序结构和执行机构，是工业机器人自动化生产工作的指令基础。

焊接是工业机器人主要的生产作业之一，现阶段的工业机器人焊接使用中，其主要的焊接工艺就是电阻焊和电弧等，而在工业生产中，应用较为广泛的就是电阻焊和电弧焊。电阻焊的焊接原理就是利用电极电流以工件为载体实现热量的传输，进而给电极之间的焊接结构施加热能，实现对焊接部件的加热融化，最终实现金属焊接。而电弧焊则和电阻焊有一定的区别，主要就是在其两者之间的热效率和焊缝上，电阻焊的热效率更高，并且焊缝也更为致密，在现代工业机器人的焊接工艺使用中，如果没有特殊要求，多采用电阻焊进行作业，以提升工业焊接的质量。在工业机器人的焊接过程中，多采用点焊的方式进行，并且需要对焊接部件的表面状态、焊枪电极压力以及加热温度进行全面把控，避免这三方面影响工业机器人电阻焊过程中的接触电阻。在工业机器人的焊接工艺中，需要焊接生产线的前提基础，为其焊接作業的开展奠定生产线基础，保证对焊接部件焊接作业的顺利开展，因此在工业生产中进行工业机器人焊接使用时，首要的任务就是对工业机器人的焊接生产线进行设计研究，为工业机器人焊接作业的顺利开展提供保障。

2  工业机器人焊接生产线的设计要点分析

在工业机器人的焊接生产线的设计过程中，其主要的设计研究内容包含了三个方面，即仿真系统设计、控制系统设计以及系统设计的实现。基于此，在工业机器人的焊接生产线设计中，就需要对这三个设计要点着重考虑，以保证其设计的科学性和实用性。

首先，工业机器人焊接生产线的仿真系统设计。在现代工业机器人的仿真设计中，主要是通过ROBCAD进行的，是一种现代化的设计软件，主要应用在生产线的概念设计、结构设计以及仿真设计等领域[2]。工业机器人焊接生产线仿真系统设计中，就要应用ROBCAD的仿真3D模型进行设计，以便设计过程中对模型进行旋转修改，保证焊接生产线设计的整体效果。在工业机器人焊接生产线的仿真系统设计中，主要包含对ROBCAD中仿真模型的夹具运动动作进行设计制作，是实现工业机器人运动学机构和机械工具运动的基础，其设计步骤就是在ROBCAD的Modeling模块中打开动作设计的软件系统，然后分别创建Link、Axis以及Joint，Link创建中要设计两个Link，然后通过Axis对焊接生产线仿真系统中的机械机构运动形式进行定义，然后以Joint定义运动步骤，最终实现对工业机器人夹具运动动作的设计。在工业机器人焊接生产线的仿真系统设计中，还要根据其焊接作业的实际情况对机器人的焊枪类型进行选择，主要有同样长度上下电极臂构成、运动形式呈现为张开式上下弧形运动的X型焊枪和上下电极臂直线运动的C型焊枪，要根据机器人的实际焊接作业进行科学化的设计选择。然后，还要在ROBCAD中对机器人和焊枪的结合以及生产线中的布局进行仿真设计，机器人与焊枪结合中主要是采用ROBCAD中的Mount功能实现两者的结合，保证焊枪随机器人轴进行运动，然后根据工业生产焊接作业的实际需求，在ROBCAD中对机器人进行布局，并要进行机器人碰撞区测试，以保证工业机器人焊接生产线作业过程中不会出现运动碰撞的情况。

其次，工业机器人焊接生产线的控制系统设计。控制系统是工业机器人焊接生产线设计工作的重点所在，是实现生产线焊接作业自动化控制的重要基础。在工业机器人焊接生产线的控制系统设计中，系统硬件组态设计是首要环节，其设计要点是以机器人台数以及CPU作为系统PLC的从站和主站进行设计[3]。以我国工业机器人焊接生产线设计中常用的CPU为例：其CPU型号为416F-3PN/DP作为工业机器人焊接生产线的PLC主控制器，将所需要的机器人台数进行编号作为从站，在系统设计中，PLC对机器人的外围设备动作进行全面控制，以实现其焊接作业。在硬件组态设计完成后，就要以图形编程语言进行PLC顺序控制流程的设计，目前阶段使用的主要图形编程语言就是S7-GRAPH。在顺序控制流程设计结束后，就要对工业机器人焊接生产线的焊接作业内容进行设计、区分，以保证每台焊接机器人都能够完成其焊接作业。这时，就要使用到Graph程序设计系统，然后分别根据焊接生产线设计中每台机器人焊接作业的区分，对其焊接作业内容进行程序设计。

最后，工业机器人焊接生产线的系统设计实现。在前期设计过程中，使用ROBCAD机器人仿真软件对焊接生产线的主要模型进行设计，包括了夹具、焊枪以及模型动作，将设计好的动作模型与机器人进行的结合，通过对控制系统的设计，对机器人布局和控制进行了分析。然后又在控制系统设计中对机器人的控制程序进行了顺序设计，实现了对工业机器人焊接生产线的全面控制。这些都属于工业机器人焊接生产线的离线设计，主要实地焊接生产线的布局以及机器人的作业动作等进行设计。而在最后，就是要将离线设计实施到现场之中，以实现项目实施期，并在现场实际中对设计不足的位置进行修正。要先根据设计结果进行生产线设备的安装，然后将ROBCAD的仿真数据输入到机器人设置之中，并将离线程序也下载到机器人控制之中。完成后，还要根据现场的实际情况进行设计优化，以保证仿真系统设计的正常运行。在PLC离线控制程序的系统设计实现中也是如此，但是相比较于ROBCAD的仿真系统设计，PLC控制系统设计一般修改较小，具有很高的适用性。

3  结束语

工业机器人焊接生产线是当前工业生产中焊接作业的主要从业机构，在设计过程中，要从仿真系统、控制系统以及最后系统实现的修正三个方面着手，保证生产线设计的科学性，推动我国工业产业发展。

参考文献：

[1]李恒，张翅，黄智泉，等.中部槽机器人焊接生产线方案设计及应用[J].煤炭技术，2019，38（5）：145-146.

[2]杨明熬，邵加发.AI在机器人焊接中的典型应用[J].电子技术与软件工程，2017（24）：114-115.

[3]邱玮杰，王瑞权.机器人自动焊接工作站设计与应用[J].焊接技术，2019（3）：176-177.