基于ROBCAD机器人焊接节拍优化技术研究

基于 ROBCAD机器人焊接节拍优化技术研究

梁海靖

广西机械工业研究院有限责任公司 广西南宁 530007

摘要：随着人们生活水平的不断提高，对于汽车的需求量也逐渐增加，为了能够提高汽车的生产效率，开始在生产过程中应用各类机器人，减轻了人力资源投入，也提升了汽车的生产质量。在汽车生产环节应当对机器人焊接节拍技术进行有效优化，可以提升机器人的工作效率，对于汽车行业的可持续发展有着积极的意义和影响。基于此，本文对生产节拍进行了简单介绍，提出了在生产活动中出现生产节拍缓慢的主要原因，并利用ROBCAD仿真软件对机器人焊接对节拍优化技术进行了分析和讨论，以期可以缩短汽车生产的时间，保证汽车零件加工效益。

关键词：ROBCAD；机器人焊接；节拍优化；技术分析

以往在汽车生产的过程中通常是使用人工对汽车的各个焊点实施焊接处理，虽然能够确保焊接作业的质量，但是焊接作业所需要的时间以及成本投入也会随之增加，并且长期进行焊接作业还会对焊接人员的身体健康造成损伤。因此为了提高汽车生产效率，保证焊接作业的安全性，在汽车生产活动中开始积极应用各类工业机器人，其中焊接机器人是一种较为成熟的机器人技术，减少了工人的作业时间以及作业强度，避免人为因素给焊接作业带来的质量问题，可以在保证汽车生产效率的基础上提高生产质量。在机器人焊接作业的过程中需要注意节拍问题，如果节拍不合理则会影响到生产环节的有序进行，因此需要对机器人焊接节拍技术进行适当优化和调整。

1、生产节拍概念阐述

1.1生产节拍

生产节拍所指的是在流水线作业过程中产生两个产品所间隔的时间，或者在生产一样产品时每个工序之间移动时需要的间隔时间，生产节拍会直接给产品的生产效率带来影响^[1]。在焊接机器人的作业过程中，需要对生产节拍进行有序分析，可以为焊接线工艺的实施以及工艺布局起到一定的优化作用，同时还可以利用生产节拍选择相应的焊接设备以及机器人运动轨迹，可以有效提高焊接作业的自动化水平。

1.2节拍优化的重要意义

如果设定在汽车生产过程中焊接工位的数量为N道，将第i道生产工序的具体生产时间设定为T，则生产节拍和生产工序的生产时间之间的关系可以表现为以下三种：第一，当，第i道生产工序生产时间大于生产节拍时，则代表生产时间超过了原有的节拍标准，焊接机器人无法在要求的时间内完成焊接作业和生产任务；第二，第i道生产工序生产时间等于生产节拍时，机器人可以有序完成焊接作业；第三，第i道生产工序生产时间小于生产节拍时，则代表在这一工序中留有空闲的时间，可以将其应用在后期工位节拍优化的过程中。生产节拍处于平衡的状态下可以有效提高生产效率，是现代企业在生产管理过程中所关注的重点因素。虽然自动化生产作业模式有效提高了生产效率，但是如果其中一个环节出现问题，就会给整条生产线带来影响，使得部分工位需要进行等待，进而出现了浪费时间的现象^[2]。

2.汽车生产过程中导致生产节拍缓慢的主要因素

第一，未使用型号相同的机器人。在汽车焊接过程中需要设置多个工位焊点，对于生产节拍的要求较高，在一般情况下一个高位所使用的机器人数量在3台到5台之间，不同机器人的型号也是有所差异的，这也会使得机器人的生产节拍有所差异，从而影响到生产节拍的整体速度。以ABB机器人为例，该类机器人拥有动态自优化运动控制技术，可以让轴按照最大的加速度进行运动，并且无需进行调整就可以比其他型号机器人的生产节拍要快。第二，使用的焊接路径不合理。在机器人进行工作的过程中需要焊接的焊点较多，在焊接过程中为了防止和其他工作的机器人出现干涉的情况需要进行一段时间的等待，一般情况下每一个干涉区域需要等待3秒到5秒左右，因此在等待过程中就会使生产节拍变得较为缓慢。

3.基于ROBCAD机器人焊接节拍优化技术研究

3.1对机器人pounce位进行准确设定

pounce位具体所指的是为机器人进行焊接作业时所准备的位置，简单来讲是工装开始运动时机器人所需要提前到达的等待区域，当结束工装运动之后，机器人会按照process程序进行活动^[3]。pounce位在设置时需要遵守2个条件：第1个条件，当负责焊接作业的机器人到达pounce位置的全过程中不能和工装运动出现任何干涉的现象。第2个条件，pounce位在一般情况下只存在一个点。在机器人运动时需要能够做到可以让机器人从pounce位直接到达Home位置，在这两个位置之间不存在过渡的轨迹。在使用ROBCAD软件让TRACK小车自上一道工序的位置传递到下一道工序的时候，在同一时间机器人开始进行pounce位，如果让每个机器人都进行如此的操作，则焊接时间会得到明显的缩短，提高了作业的效率。

2.2对焊接路径进行优化和调整

对焊接路径进行直接优化可以有效缩短机器人调节路径所需要的时间，因此可以利用ROBCAD软件进行仿真处理，将设备参数放入到ROBCAD软件制种模拟机器人的行走轨迹，对过度轨迹实施有效的优化，避免机器人以及夹具之间出现互相干涉的问题

^[4]。在ROBCAD软件中带有自动干涉校验的功能，通过在ROBCAD软件之中使用Colision Setup命令就可以对两个物体进行设置， 如果两个物体出现干涉现象则系统会自动报警。当焊枪避开干涉后需要缩小焊钳的开口，可以缩短焊枪动臂闭合所需要使用的时间。利用ROBCAD软件对机器人的工作状态进行仿真模拟，在发现机器人之间出现干涉区之后，需要对焊点的焊接顺序进行调整，尽量避免机器人之间出现干涉的问题，缩短焊接所需的时间。

2.3适当移动焊点

在焊接作业时焊点主要分为两种，第1种为定焊点，第2种为补焊点，前者不可以进行移动，否则会给汽车拼装带来一定的影响，从而降低焊接质量^[5]。对于补焊点则可以进行移动，能够满足生产节拍的具体需求，在移动焊点时，应当注意机器人的焊枪型号，观察机器人在新的工作位置是否存在干涉现象，是否会对其他工作位置的机器人造成影响。利用仿真试验可以明确移动焊点具备可达性，还能够对生产节拍进行有效优化。

结束语：

在现代社会的发展过程中，机器人技术已经成为了各个生产领域所使用的主要技术类型之一，可以代替传统的人工作业模式，提升作业质量。焊接机器人在汽车生产过程中负责焊接作业，能够更加精准的完成焊接处理，合理控制焊接时间以及焊接温度，大幅度降低了汽车焊接作业质量问题的出现几率。节拍是影响焊接机器人工作的关键因素，如果生产时间大于或者小于所规定的节拍标准，则会出现生产超时或者浪费时间的现象。因此在焊接机器人作业的过程中，应当机器人pounce位进行准确设定，对焊接路径进行优化和调整，并适当移动焊点，以此来达到优化节拍技术的效果。

参考文献：

[1]董诗绘.基于ROBCAD工业机器人工作空间的仿真与分析[J].装备制造技术,2020(10):43-46.

[2]佴斌,姜匡杰.探析工业机器人焊接生产线的设计与应用[J].决策探索(中),2019(10):59.

[3]丁守波,陈加胜.基于ROBCAD机器人焊接节拍优化技术研究[J].科技风,2018(01):139+148.

[4]冯超钰,王杰,张梦超.基于ACO_PSO的机器人路径规划和ROBCAD运动仿真[J].组合机床与自动化加工技术,2017(05):111-113+125.

[5]邓伟俊.基于Robcad软件的机器人基于软件的机器人点焊离线编程系统研究[J].金属加工(热加工),2014(10):62-63.