机器人系统在汽车车身制造技术中的应用

宣奇才 杨伟东

【摘 要】目前我国许多领域都广泛地应用机器人代替人工进行生产操作。作为一种人工智能产品，工业机器人结合了机械、传感、操控和电子计算等多项技术。文章研究分析了汽车车体焊接制作环节中多类连接工艺和机器人操作技术之间的复合应用模式及发展方向。

【关键词】机器人；汽车车身；制造技术；应用

引言

传统的汽车制造工业生产效率低、劳动强度大、工作环境差、自动化程度低。焊接作为制造业的传统技术与工艺，发展十分迅速。随着计算机技术、自动控制、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人技术已日益成熟，焊接机器人不仅提高了操作的稳定性而且提高焊接质量和生产效率，并且改善了操作者的劳动环境。目前焊接机器人在汽车制造的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程中都有广泛应用，其中应用以弧焊机器人和点焊机器人为主。

1、汽车车身焊接机器人操作机构的组成元素

焊接机器人操纵装备体系是功能独立、动作空间大、操作形态变化机动性强、自动控制水平高、柔性效能佳的焊接作业机构，具备加工效能丰富、反复操作时精准性强、对接品质佳、抓取负荷重、操作效率高、操控安全可靠等工艺特性。焊接机器人装备是焊接工艺达到柔性指标要求的必然选择，是否选用焊接智能机器人这一先进性加工工具是车身焊接作业线是否具备应有柔性化水平的基本特征之一。焊接智能机器人操作机构的组成总体来说是由焊接型智能机器人主体、机器人操控器、工装现场转换接触器、工装转回操作支架、自动调整支座以及机器人设备本体等多类部件所组成。在具体焊接操作过程中，再依据相应的组装要求实施与之相配套的功能组合。对某一已确定型号的智能机器人来讲，也就确定了其本身所具有的抓重、操作半径、加工精度等主要操作指标，其加工高度可利用不同尺寸的机座来进行调配。智能机器人的操控机构是由调控器来承担，程序编制是依靠人工操作键盘来实现。一般情况下焊接智能机器人具备一专多能的用途，比如可以同步完成拼组和焊接工序，或是同步完成涂胶和对接工序等，此类过程是依托焊装智能机器人机构本身的快速调换接头及工装机架的操作组合来快速完成的，所耗时间只有几秒，由此大幅度提升智能机器人的操作功效，减低工程运行成本。

2、点焊机器人优缺点

优点：在传统的汽车焊装领域中，由于车型较为单一，所以汽车焊装生产线焊装方法也是单一的，但随着汽车制造业的高速发展，车型更加多元化，每一种车型成型结构复杂，焊接机器人的出现很好地解决了这一问题。由于焊接机器人有着较高的灵活性，使得日常生产也更为“柔性化”，它可以实现在一个总拼工位上同时进行多个车型的焊装生产，这样就大大地提高了工作效率和生产质量。

缺点：目前国内汽车制造企业大量引用进口焊接机器人，这样对焊接机器人的操作者和设备维护人员有着更高的要求，并且机器配件相对较贵，一旦设备发生故障，配件供应不及时，对企业生产效率有很大的影响。

3、工业机器人在汽车制造领域的应用

3.1、在车体焊接中的应用

除了零件搬运这种基础的工作，工业机器人在汽车制造车体焊接的环节也有着重要的应用。车体焊接主要分为点焊和弧焊。点焊技术和弧焊技术在整个汽车车身的制造环节都占据着重要的地位。在车身焊接的过程中，能否规划好焊接路线直接影响着车身质量的好坏和性能的优劣。而工业机器人就可以很好地解决这一问题，例如，在工业机器人中安装适合的焊接工具和运行适合的程序，能够保证机器人在车身点焊的过程中，降低偏差，提高点焊的精确程度，达到更好的点焊效果。汽车车体弧焊环节也是如此，通过给机器人安装高精度传感器，利用计算机技术控制机器人的运行路线和运动轨迹，此外也可以利用机器人圆弧插补和直线插补的特点，将弧线焊接和直线焊接相结合，达到更好的焊接效果。综合点焊与弧焊，只依靠工业机器人就足以完成整个车体的焊接工作。

3.2、机器人压合工艺和机器人在线检测技术在车身制造中的应用

（1）智能机器人在汽车车体压合工艺中的运用：压合工艺在高品质汽车制造过程中占有极其重要的地位，传统的压合技术一般采用模具和压机结合的形式，其投资费用较高、占地面积较大。机器人系统与压合技术的结合产生了机器人滚边压合新技术，它通过机器人与特殊设计压合滚轮的配合，在一定的焊接压力下实现诸如天窗顶盖、四门两盖的压合方式连接。该技术可以实现多品种的混流生产，这样可以降低投资成本。通过快速的涂胶系统可以满足不同类型涂胶的要求，涂胶均匀可靠，尤其对于特殊胶型可以实现精确的控制，提高涂胶速度。

（2）在线检测系统取得的效果：通过机器人在线检测系统的应用，既可实现对生产过程中异常车身尺寸波动的预警，又可实现检测数据库的搭建。①通过对过程异常车身尺寸预警，规避了批量问题车身的生产且能够正向识别问题，降低不合格产品数量；②车身检测数据库的搭建，通过对指定时间段的车身数据汇总分析，有利于逆向识别整车装配所产生的问题位置，便于问题解决，提高问题解决效率。

3.3、无线蓝牙通信在白车身制造车间的应用

（1）汽车制造业是我国国民经济的重要支柱之一，也是各种先进设备和技术前沿试验基地。制造企业越来越意识到利用机器人进行制造加工对企业生产效率、成本、效益等方面的巨大优势，不仅可以降低人力成本，显著提高生产效率和质量，也能很好地契合当前个性化定制、柔性化生产的发展方向。为此，企业为了赢得更多的利益和市场口碑，纷纷大力引进机器人，抢占战略制高点，为企业后续的发展奠定基础与技术保障。

（2）蓝牙传感器采用Ad-hoc使用方式。该方式下的传感器将数据发送给机器人控制器，控制器根据接收到的控制信号控制各关节运动，完成相应的操作任务，数据不需要上传，一切功能都在本地完成。将蓝牙技术与传感器技术相结合，取代传统的电缆连接方式，改变了汽車白车身生产车间焊接机器人的控制和数据通信方式。

3.4、在汽车零部件焊接中的应用

在汽车零部件的生产中广泛地采用了点焊、凸焊、缝焊、对焊及电弧焊等焊接工艺。例如：横梁总成托架点焊，传动轴平衡片凸焊，汽车燃油箱缝焊，汽车轮圈连续闪光对焊，汽车转向臂、消声器的电弧焊等。

结束语

综上，由于汽车车身制造的批量化、多样化、高效率以及对产品质量一致性的要求，机器人系统在汽车车身制造技术中得到了普遍的应用，将机器人技术与激光连接技术进行复合使用，可充分发挥各类技术的优势，获得最佳连接效果。

参考文献：

[1] 宋文.基于机器人的车身焊接技术研究[J].科技经济市场，2017（10）：24-25.

[2] 廉杰，金月，李涛.焊接机器人在汽车制造中的应用[J].民营科技，2017（11）：42.

[3] 孙建中.浅谈工业机器人在汽车制造领域的应用[J].科技资讯，2017，15（28）：94+96.

[4] 刘畅.车身焊接工业机器人的路径规划及仿真[D].沈阳工业大学，2017.

[5] 黄小军.汽车车身单面点焊技术及质量控制[D].长安大学，2017.

（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院工艺开发部）