基于ROBCAD机器人焊接节拍优化技术研究

丁守波 陈加胜

摘 要：机器人焊接节拍优化在汽车的生产制造过程中有着重要的地位，本文针对焊接机器人的节拍展开，提出机器人焊接节拍优化的方法，利用Robcad仿真软件，建立机器人焊接汽车白车身运动过程，从而验证了提升节拍方法的可行性，并在实际中成功的解决了吉利汽车某车型地板线项目改造中提升节拍问题，缩短了生产时间，从而提高了加工效益。

关键词：Robcad ；优化节拍；干涉检查；轨迹优化

在传统生产中，我们往往依靠人工对汽车整个车身的焊点进行焊接，虽然这种方法保证了焊接质量，但大大增加的焊接时间和焊接成本，并且焊接本身也有害于工人的身体健康。随着技术的进步，工业机器人在汽车领域得到了长足的发展与广泛应用，其中以焊接机器人应用最为广泛，其应用有效解决了工人作业时间长、劳动强度大、焊点质量不稳定等问题，提高了生产效率和产品质量[1]，而机器人在焊接的过程中，最需要关注的问题就是节拍。

1 生产节拍介绍

1.1 节拍的定义

生产节拍（P）：流水线上产生两件产品之间的间隔时间或产品在各工序间每移动一次所需的间隔时间称为生产节拍[3]。生产节拍进行分析对优化焊接线工艺内容及布局、确定焊接设备的型号、机器人轨迹的选择、焊装线中自动化程度有着重要的作用。我们假设焊接工位共有N道，第i道工序的生产时间为Ti（i=1，2，3，…，n），因为生产节拍为P，所以工位中的生产会有以下三种情况：

（1）Ti>P， 表示生产时间超过规定节拍，不能按时完成生产任务；

（2）Ti=P，表示生产时间等于规定节拍；

（3）Ti

生产线节拍平衡是现代生产管理的关键，因为自动化生产中任何一个问题都会产生连锁反应，一个工位的问题会在整个生产线和供应链上放大，造成与其相关的整条线所有的工位出现等待，从而浪费大量时间。

1.2 吉利汽车生产节拍缓慢的原因

（1）机器人型号不同。

由于汽车白车身焊接每一个工位焊点都比较多、生产节拍要求高，所以一般每一个工位都会采用3～5台不同品牌机器人共同焊接来保证焊接质量和缩短加工时间。以吉利汽车某车型改造项目中的其中一个工位UB30来说，就有两台柯马、两台ABB两种品牌机器人；因为ABB机器人具有Quick Move TM动态自优化运动控制技术，它总能令各轴以最大加速度运动，在不做任何调整的条件下，会比同等的机器人生产节拍快25%，

（2）焊接路径不合理。

在吉利UB30工位中，每个机器人需要焊接26个焊点，以其中R1机器人焊接工艺为例，图二为R1机器人部分焊点所在位置，从工艺图中我们可以看到R1机器人从左门框下边梁内板，一直焊接到后地板通道，中间不可避免的与其它机器人产生多个干涉区，而一个干涉区的等待时间为3～5 秒，因而此工位的节拍比较缓慢。

2 如何提升节拍

2.1 设定机器人pounce位

所谓pounce位，其实为机器人焊接准备位置，即在工装运动时机器人提前运动到达焊接等待位，待工装运动完成时机器人开始执行process程序。Pounce位置设定需要以下几个条件：

（1）机器人在运动到pounce位置过程中不与任何工装运动干涉；

（2）pouce位置一般只有一个点，因为运动过程需要保证机器人能够直接从pounce位回到Home位，所以在Home与pounce之间没有过渡轨迹；

如图三所示，利用ROBCAD软件在TRACK小车从上一个工位传递过来的同时，机器人开始做pounce位置，我们将每个机器人都做了pounce位，在实际现场中测得焊接时间缩短了5秒。

2.2 优化焊接路径

在吉利UB30工位中，为了节省机器人工程师调节路径时间，本文利用ROBCAD仿真软件，将每一台设备调入软件中，进行轨迹的模拟行走，并优化过渡轨迹，为了防止机器人与夹具产生干涉，我们利用ROBCAD中自动干涉校验功能，运动Colision Setup命令可在软件中设置两个物体是否干涉，若发生干涉系统会发出报警提示（发出声音或红色报警显示）[4]。在焊枪避开干涉的同时我们要尽量将焊钳开口缩小，以减少焊枪动臂闭合的时间，因为UB30用的都是C型焊枪，所以即使焊枪在semiopen（半开）的状态下也可以避开与工件和夹具之间的干涉。机器人焊钳型号一共分为两种：C型枪与X型枪。从焊接顺序图可知，R1机器人需要从前机舱打到后地板，这势必与对面的机器人和后面的机器人产生干涉区，我们可以在ROBCAD中模拟四台机器人同时焊接时的状态，从软件中我们可以重新修改每台机器人焊点焊接顺序，尽可能的减少干涉区，从而缩短了焊接时间。

2.3 挪动焊点

白车身中的焊点可分为点定焊点和补焊点，对于点定焊点我们不能轻易移动，因为这样会影响到汽车的拼装工艺进而影响焊接质量，而对于补焊点，为了满足节拍要求，我们可以适当的挪动其所在工位。但移动的焊点我们要考虑到其工位机器人焊枪型号，在新工位中是否有干涉，是否可达，是否会影响其他工位的节拍。在吉利地板线改造项目中，通过仿真与实际验证，确定了移动焊点的可达性，工位的节拍也得到了优化。通过以上方法，工位节拍如图四所示。

吉利现场要求节拍为119秒，而实际优化过后的节拍为109秒，满足实际现场生产要求。

3 结语

本文针对吉利汽车生产节拍优化问题展开，提出了优化节拍的不同方法，并在实际中得到了验证。汽车的生产不可避免的会朝着柔性化的方向发展，對于企业，在单位时间内尽可能的多产生加工效益才能在激烈的竞争环境中生存，所以在生产当中节拍的优化至关重要。

参考文献：

[1]孙秀玲，侯志刚，石运序.ROBCAD在机器人焊接路径干涉中的应用[J].制造业信息化，2015：11-0129.

[2]姚锡凡，李旻.人工智能技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2008：233-242.

[3]董万.轿车白车身焊接生产线设计及虚拟设计技术应用研究[D].电子科技大学，2008.

[4]臧铭书，孙秀玲.基于Robcad的点焊机器人运动仿真[J].山东工业技术，2015：37-1222.

[5]刘海江，张春伟，姜冬冬.白车身焊接机器人干涉问题研究[J].机械设计，2011（3）：41-44.

[6]李晓明，上海.大众门盖生产线中机器人的应用实施[D].上海：上海交通大学，2012.

作者简介：丁守波（1991-），硕士，主要研究方向：机械设计。