ABB 工业机器人的焊接路径规划

2020-09-29頔张昀

经济技术协作信息 2020年27期

◎ 頔张昀

（作者单位：天津市电子信息技师学院自动化工程系）

一、引言

传统的焊接操作由人工完成，其主要可能产生的问题是焊接时间长、焊缝焊点不够均匀，同时焊接工属于特殊工种，对人体健康有一定影响，并且在焊接过程中可能会发生危险。自从焊接工业机器人应用以来，代替了人工焊接生产，从安全性、效率性、工艺性等均有大幅度提升。尤其在汽车生产行业中，其车身焊点数量众多，人工焊接常有“丢焊”的情况，而应用机器人后，可完美解决此类问题，并提高焊接质量。

二、路径规划和编程思路

焊机机器人在实际生产操作的环节中，主要包括焊机的调试、焊机与机器人控制器的连接、焊丝送料装置的调校、二氧化碳气体送检装置的调校、焊接轨迹的路径规划、工业机器人编程与调试。一般情况下工业机器人参与的焊接多数采用二氧化碳气体保护焊，这种焊接方式成本低、安全、可靠。本文从焊接轨迹路径规划和编程的角度，阐述焊接工业机器人的应用方式。

在实际生产焊接中，焊接路径主要包含直线和曲线两种形式。如图所示是某零件的缝隙，需要经过工业机器人焊接，达到焊缝全覆盖且焊点均匀的目的。为方便阐述，已在图中标记若干点位。其中，P10 是机器人焊接工具在焊缝垂直向上的位置，焊枪下落后至焊缝起始点P20。从P20 至P30 是一段直线，P30 至P70 是两段明显的曲线，而P40 是第一段曲线P30-P50 的中间点，P60 是第二段曲线P50-P70 的中间点。

在设计工业机器人焊接路径时，首先要对路径的直线和曲线进行划分，然后针对每条曲线，找出其起始点、中间点和终止点。在曲线的路径规划过程中，曲线的弧度不可超过π，即每条曲线不可超过半个圆形轨迹，尤其在对一个正圆轨迹规划是，至少将该正圆划分为两段曲线。从曲线路径轨迹规划的实践中表明，将一段弧线划分地越细致，该曲线的轨迹越接近实际曲线。但在焊接轨迹的设计中则要尽量减少焊接轨迹的中间点，因为在每次焊接轨迹点与点之间切换运行过程中，都会增加一定的焊接惯性，极易导致转接点的位置焊点过大，造成不美观的情况，有时会不符合焊接生产工艺。

在针对该段轨迹的编程时，首先，利用ABB 工业机器人的MoveJ 指令，利用手动示教调整机器人焊枪的位置至P10 点，即焊接起始点位的正上方10mm 左右，为焊接做准备。然后用MoveL指令，完成焊枪从P10 至P20、P20 至P30 的移动和焊接。接着用MoveC 指令完成P30-P70 的两段弧线焊接，最后用MoveL 指令垂直抬起焊枪，完成该路径的焊接。该部分参考程序如下：

MoveJ P10，V300，Z1，tool0；

MoveL P20，V50，Z1，tool0；

MoveL P30，V30，Z1，tool0；

MoveC P40，P50，V30，Z1，tool0；

MoveC P60，P70，V30，Z1，tool0；

MoveL P80，V50，Z1，tool0；

在该部分程序运行时，第一步调整工业机器人焊枪位置的指令，采用V300 的速度，即在自动全速运行时，速度为300mm/s；在从P10 至P20 垂直下降的过程中，速度减缓至50mm/s，以防止速度过快产生较大惯性；自焊接开始后，速度调至30mm/s，保证焊接质量的情况下，采用较低速度，使焊点符合工艺要求。其具体焊接速度可以根据焊接现场实际情况进行调节。在运行过程中的坐标采用工具坐标tool0，在选取坐标时，要考虑焊接工件的实际情况，如果焊接工件是水平放置，便可以采用大地坐标、工具坐标一致的坐标系。如果一旦工件为非平整工件，那么在焊接时必须首先自定义建立一个工件坐标，然后在焊接过程中，全程使用工件坐标运行，以完成相应焊接操作。坐标系的选取在焊接过程中也是不可忽略的重要因素之一。

三、焊接机器人路径规划的常见问题和解决方式

1.手动调试时必须关闭焊机。

在焊接机器人应用过程中，路径规划是在手动调试过程中完成的。在手动运行时，一般情况下制作路径规划，而不能进行手动焊接，否则会由于弧光等因素，对操作者视力造成影响，也极易酿成事故。因此在手动调试过程中，必须关闭焊机，关闭ABB手持设备中生产模式的开关，且在手动调试前必须反复检查是否关闭焊机。在生产调试过程中，由于未关闭焊机酿成的事故屡见不鲜。

2.自动运行后轨迹出现偏差。

工业机器人的应用最大特点就是高精度、高重复精度，特别适合一致性生产和批量生产模式。因此在路径规划设计时，要保证每一个生产工件，在每一次焊接前所到达的位置必须一致，这主要取决于上一级生产的精度和准确度。例如，该待焊接的工件由PLC 控制的电机传送带运送至焊接操作区域，则必须保证每次运送至此的工件位置无较大偏差。或上一级由搬运工业机器人将待焊接件，抓取运送至待焊接区域，如果采用工业机器人完成上一级运送操作，则精度便会很高，会避免焊接轨迹与焊缝不吻合的情况。