汽车三元催化器焊接机器人系统设计及应用研究

2022-09-11

1 引言

焊接作为汽车在制造过程中的生产工艺之一, 其水平也直接决定着汽车构架的稳定性及整体质量。当前由智能化机器人和精准化控制技术共同组成的焊装制造生产流水线摒弃了以往由人工焊接所造成的不利影响, 增加了生产效率, 促进了我国汽车工业在国际上竞争力的不断强化。

2 概述

焊机器人一般分为两种:一是单焊, 二是协同焊接。单焊, 顾名思义是一台焊接机器人以固定频率固定位置完成焊接, 在现在, 由于其存在有固有缺点, 如机器人智能性较差, 不能依据焊接缝位置及形状等变化而进行智能性调整, 不能独自顺利地完成中大型的工件焊接工作等。因此正在被协同焊接的机器人工作站所取代, 其中也分为以下几种情况。第一种由单焊机器人组合变位机独自完成工件焊接任务。第二种由双台的焊接机器人协同高效地完成焊接任务。第三种则是有多台焊接机器人结合变位机既快速又灵活的完成焊接工作。

我们进行系统设计, 主要因为焊接机器人的存在有一定的安全隐患:一是工程方面因素, 主要指的是机器人内部故障。。二是由于操作不当导致设备损坏。三是由于其他原因导致机器非正常运行。由此可知, 我们在进行系统设计时, 需要注意以下几点:其一, 需要针对焊接工件优化系统整体设计。其二, , 进行机器人机械臂及变位机运动学分析计算, 实现协调控制。。其三, 进一步通过可靠性分析加强其工作站的应用实效, 减少故障发生概率。

3 系统设计研究

3.1 整体系统设计

第一步, 我们需要针对焊接工件进行机器人选型。由于汽车三元催化器在实际应用过程中有较为重要的作用, 因此对于焊接质量的要求标准较高, 一般有小型企业进行生产的催化器基本上采用单机或手工点焊的方法, 不仅效率低下, 同时质量也不能保证。因此我们在进行机器人选型时, 主要需要解决效率问题及质量问题。其次, 在此基础上尽量节省制造成本。根据分析, 我们对目前机器人类型的承载能力及相关零部件总体性能, 进行筛选, 以六自由度机器人作为工作站的机器人核心。第二步, 根据当前工作环境, 搭建适合的工作站。工作站是由包括机器人在内, 以及其他焊接设备, 定位设备, 加紧设备转换装置, 控制装置等等设备共同组成的一个大型的, 综合的一体化制造系统。我们根据当前工作要求, 配合核心机器人, 选择以下结构设置 (见图1) 。第三步, 设计整体安防系统。安防系统由报警灯、急停按钮、安全栅栏及门锁、扫描及控制装置、监控设备等共同组成。除此之外, 机器人的控制系统plc采用分布式控制方式分为两层。第一层为伺服器, 通过为每个关节配备, 实现闭环控制。第二层为延伸轨迹管理控制, 以协调各个部分逻辑关系。

3.2 协调运动计算

在进行运动关系分析过程中, 机器人以及变位机的运动关系求解是工作协调运动以及仿真模型确定的重要基础。因此, 我们的主要任务分为以下几点。第一步, 机器人的运动学求解。通过建立模型, 明确连杆参数, 其次, 根据参数进行正逆两个内容的分析。其中, 正运动学进行求解, 可以进一步确定机器人在进行最终执行时, 执行器的方位和角度。而逆运动学进行求解, 可以进一步确定机器人在进行执行时的控制变量。第二步, 进行变位机的运动学求解。具体方法和上述机器人分析一致。其中需要注意的是, 进行正运动学求解时可以得知待焊点的空间大小及形态, 而进行逆运动学求解, 可以得知变位机在进行转动过程中的角度大小。第三步, 除机器人及变位机本身参数及运动学求解之外, 我们还应当对工作站机器人机器臂所占据的空间进行计算。利用计算机软件构建模型, 结合其连杆参数代入方程进行求解以确定机器臂的最大延伸空间。除此之外, 我们还应当进行误差分析以及计算结果验证, 以确保数据准确性。第四步, 进行机器人及变位机的协调运动相关计算。通过标定机器人的系统基本坐标系, 和变位机进行耦合及结构分析来明确二者之间的协调运动关系。除此之外, 进行焊缝的离散化计算以及最佳焊位计算, 在此基础上进行催化器焊接仿真分析模型的创建。第五步, 通过计算机模拟分析, 代入催化器模型及工作站模型进行试验。以保证在进行工作站构建时焊接准确性和工件生产质量的提高。