工业机器人工作站系统集成研究与实践

李占林 陈艳

摘要：机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。使用工业机器人可以降低废品率和产品成本，提高了自动化生产线的利用率，降低了工人误操作带来的残次零件风险等，其带来的一系列效益也是十分明显的。因此，在机器人技术快速提升、人力资源短缺、人力成本逐年提升等多种因素的共同作用下，使得工业机器的应用成为企业的迫切需要。为此，锦州立德减振器有限公司与辽宁理工职业学院合作对机器人进行改造，安装、调试、将机器人投入到生产线中代替单调的、重复的体力劳动进而提高生产效率和现代化生产水平。

关键词：工业机器人;系统集成;生产效率

该项目在松下焊接工业机器人的基础上，通过示教编程实现了焊接作业。将焊枪移至生产设备实施焊接，提高了生产效率，减轻了操作者繁重的体力劳动。一个完整的工业机器人弧焊系统是由工业机器人、焊枪、焊机、送丝机、焊丝、焊丝盘等组成，要想使焊接机器人完成焊接作业适用于生产，就必须要解决以下难点：

一、工作站系统组成及各单元间的连接

本工作站系统中弧焊系统是各外围设备中最重要的一环。包括焊接专用电源、送丝机构、焊枪、剪丝器、焊枪清理装置、保护气装置。这些设备在机器人控制柜的控制下与机器人系统配合完成弧焊任务。

（一）焊接电源

焊接电源是弧焊系统中最重要的设备，因为焊接电源的性能强烈影响着焊接质量。一台能够精确控制电压电流的焊接电源肯定能更好地控制焊接质量。系统采用Panasonic YD-350GL机器人专用焊接电源，能与机器人控制柜通过IO通讯，焊接信号及焊接参数通过控制柜传递给焊接电源。

（二）送丝机构

送丝机构保证在焊接过程中，不断均匀送入焊丝以补充焊丝的消耗，在送丝过程中，送丝机应保证送丝的稳定均匀，否则容易卡住送丝机造成送丝困难，影响焊接质量。送丝机绑定在机器人上，其大小重量对机器人的空间运动有着一定的影响，太大和太重的送丝机往往增大了机器人的负荷，增大运动惯性，因此降低了机器人运动时的稳定性和精确性。

（三）焊接保护气

焊接保护气目前使用较多的是二氧化碳保护气和氩保护气，这两种保护气有各自的优缺点。由于二氧化碳气体热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断。因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。

二、弧焊机器人信号设定

自动化生产线通过传感器与机器人连接，每个工位上都装有传感器，用于检测工件位置，当传感器检测到某个工位上有信号时机器人启动焊接作业，焊接完成之后进行下一工位工件的焊接作业，进而实现自动化生产线与工业机器人之间的信号交互。为了完成弧焊机器人与生产线的系统集成，必须根据板卡的地址情况进行信号的分配。主要信号有数字输出信号和数字输入信号。

三、程序的编制

（一）对机器人的路径进行规划

在编写程序的过程中为了避免机器人碰撞和姿态方面的问题，我们需要对机器人的路径进行规划，在选择机器人的运行轨迹和操作方法时，采用示教点的方法，即在机器人的运行轨迹上设置一些关键点，主要包括拾取点Pick，放置点Place、程序起始点Home、安全点等等，通过这些关键点能够大致确定机器人的运行路线。

（二）运动指令的选择

在进行机器人的编程时，为了使机器人按照规划的路径精确、安全地达到指定位置。必须要根据路径特点择优选择机器人的运动指令，主要包括MoveL 、MoveJ和 MoveC。示教时，可以使用多种插补方式，最常用的为自由插补MoveJ，机器人能够根据速度和精度合理安排各个轴的运动方式，直线插补MoveL 也比较常见，往往用于直线上的弧焊。圆弧插补MoveC比较不常见，这种插补方式用于焊接一些比较复杂的工件。

（三）程序的结构化设计

为了提高程序的可移值性，我们采用了主程序调用子程序的设計方式，完成了搬运机器人所要实现的全部功能，使机器人可以按照我们预先设置好的路径移动。该机器人改造集成项目成功地实现了减震器生产线的一个工序。机器人投入运行后，将大幅度减轻操作者的劳动强度，使操作更为简便，劳动生产率可提高30%。提高产品的质量，合格率由原来的96%提高到99.9%。积累经验后为整条生产逐渐增加工业机器人，实现整个生产线规范化、科学化和经济化，解决单调、重复的体力劳动，降低劳动力。同时也是提升公司科学技术水平，进而提高生产效率和产品质量。

四、结语

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用，为企业发展指明方向。

参考文献：

[1]汪励，陈小艳.工业机器人工作站系统集成[M].北京：机械工业出版社，2014.