借助離線(xiàn)編程技術(shù)，技術(shù)人員可以在軟件環(huán)境中合理分配工藝，模擬焊鉗選型和站內布局，優(yōu)化焊接順序和干涉區設置，預測生產(chǎn)節拍等。將技術(shù)難題解決在現場(chǎng)調試之前，離線(xiàn)編程技術(shù)的應用使整個(gè)項目的各個(gè)環(huán)節得以并行開(kāi)展。

  點(diǎn)焊機器人是機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，主要用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域，特別在汽車(chē)生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝和總裝四大生產(chǎn)工藝過(guò)程中有著(zhù)廣泛的應用。其中，焊裝車(chē)間的點(diǎn)焊應用最具代表性。

  隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化水平的提高及生產(chǎn)規模的不斷擴大，焊接機器人得以快速發(fā)展，同時(shí)，機器人離線(xiàn)編程技術(shù)得到了發(fā)展和完善。由于機器人離線(xiàn)編程技術(shù)具有編程不影響機器人工作，并可通過(guò)仿真試驗程序以及能夠實(shí)現復雜運動(dòng)軌跡的編程等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為機器人研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

  本文總結了離線(xiàn)編程技術(shù)在首鋼莫托曼機器人有限公司點(diǎn)焊項目中的應用。在離線(xiàn)編程技術(shù)應用之前，各廠(chǎng)家點(diǎn)焊項目的程序編制和示教工作通常都在現場(chǎng)進(jìn)行，包括工具尖端點(diǎn)校準、程序流程編制、干涉區設置、再現檢驗和測試節拍等。而這些工作是一個(gè)循環(huán)往復、不斷優(yōu)化的過(guò)程，尤其在多臺機器人協(xié)同作業(yè)的工作站，這樣的作業(yè)模式占用了大量調試時(shí)間。為解決這一問(wèn)題，首鋼莫托曼從2005年開(kāi)始研究離線(xiàn)編程技術(shù)，以后逐步應用到具體項目之中，通過(guò)不斷積累經(jīng)驗，完善提高，使這一技術(shù)日趨成熟。

 具體應用

  從點(diǎn)焊項目的前期準備到具體實(shí)施，離線(xiàn)編程技術(shù)都發(fā)揮著(zhù)重要作用，具體應用如下：

  1.點(diǎn)焊機器人選型和場(chǎng)地布置

  離線(xiàn)編程技術(shù)能在資本投入之前，鑒別項目的可行性。首先離線(xiàn)編程技術(shù)有助于在軟件環(huán)境中確定項目方案，例如依據生產(chǎn)節拍及場(chǎng)地空間的要求，確定一個(gè)工作站需要幾臺機器人來(lái)完成點(diǎn)焊工作、機器人是否需要行走機構等?？傮w方案確定之后，可以根據焊鉗重量、工件大小確定點(diǎn)焊機器人選型。借助仿真軟件還可以確定機器人與工件之間的安裝位置，包括確定機器人底座高度、機器人與工件之間距離。圖1中一臺點(diǎn)焊機器人需要兼顧三套工件，在確定夾具位置時(shí)，首先利用仿真軟件自帶的可達性顯示功能，圖中淺黃色的部分即為機器人可達到的區域，以此為參考初步布置工件位置。當焊鉗確定之后，再逐一驗證工件上焊點(diǎn)的可達性，確定工件的最終位置。這樣的前期工作可靠性很高，不會(huì )出現由于機器人和工件位置布置不合理，而造成現場(chǎng)示教時(shí)焊點(diǎn)無(wú)法達到的情況發(fā)生。

 點(diǎn)焊站布置

  2.焊鉗選型與焊點(diǎn)可達性驗證

  在離線(xiàn)編程技術(shù)出現之前，焊鉗的選型和焊點(diǎn)可達性驗證是通過(guò)對工件和夾具的數模進(jìn)行分析，依靠經(jīng)驗完成的，焊鉗通常使用標準件。這樣的焊鉗選型和焊點(diǎn)可達性驗證存在一定的風(fēng)險，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)到了客戶(hù)現場(chǎng)發(fā)現焊鉗與夾具、工件產(chǎn)生干涉的情況，焊鉗需要經(jīng)過(guò)反復修改才能達到要求，導致延誤了交工時(shí)間，并需追加更多成本。

  使用離線(xiàn)編程技術(shù)可以有效避免類(lèi)似情況的發(fā)生。利用仿真軟件，我們可以在訂購焊鉗之前，對每一個(gè)焊點(diǎn)和程序過(guò)渡點(diǎn)進(jìn)行可達性和干涉性驗證，當出現干涉情況時(shí)，可以非常直觀(guān)并有針對性地對焊鉗鉗口形狀、喉深和喉寬等參數提出修改意見(jiàn)，直至確定出適合工件上所有焊點(diǎn)的專(zhuān)用非標焊鉗。

  座椅點(diǎn)焊項目中為適應工件特制的焊鉗。該焊鉗的固定極和活動(dòng)極經(jīng)過(guò)反復修改和驗證后，能夠滿(mǎn)足該工件所有焊點(diǎn)的需要。

 焊鉗選型

  3.路徑優(yōu)化

  點(diǎn)焊項目中，一臺機器人的焊點(diǎn)很少集中分布在同一區域，機器人需要通過(guò)變換幾種姿態(tài)才能完成全部焊接工作。如何使機器人在盡量少的姿態(tài)變化中完成預定工作，同時(shí)又能在焊接過(guò)程中避讓開(kāi)與相鄰機器人的干涉，這就需要不斷優(yōu)化焊接路徑。在現場(chǎng)由于受到調試時(shí)間和調試安全性限制，很難通過(guò)一次次調整機器人打點(diǎn)順序來(lái)尋找最優(yōu)路徑，而在計算機中使用離線(xiàn)編程技術(shù)來(lái)優(yōu)化焊接路徑則變得容易很多。在計算機軟件中可以直觀(guān)地了解工作站中各臺機器人的打點(diǎn)位置，從而安排打點(diǎn)先后順序，避免兩臺機器人同時(shí)出現在同一區域，造成互相等待耽誤節拍。而且這些工作在機器人到達現場(chǎng)之前完成，有充足的時(shí)間反復嘗試，以實(shí)現最優(yōu)。圖3為白車(chē)身地板線(xiàn)焊接時(shí)的焊接順序圖，這是考慮了相鄰機器人打點(diǎn)位置后得出的優(yōu)化路線(xiàn)。有了這樣的路徑圖做指導，對示教人員了解焊接順序，提高示教效率有很大的幫助。

 焊接路徑

  4.干涉區設置

  對于白車(chē)身點(diǎn)焊，一個(gè)工作站內通常有4臺甚至更多臺機器人，工作時(shí)機器人之間的干涉很難避免。如圖4所示，當機器人1和機器人2同時(shí)進(jìn)行B立柱焊接時(shí)，兩臺機器人會(huì )發(fā)生干涉。通過(guò)路徑優(yōu)化，使機器人2先通過(guò)干涉區，這樣機器人1和機器人2同時(shí)工作時(shí)不會(huì )發(fā)生干涉。但是當機器人2在工作中發(fā)生故障停在干涉區中時(shí)，后進(jìn)入干涉區的機器人1就會(huì )與機器人2發(fā)生碰撞，發(fā)生事故。因此，通過(guò)優(yōu)化路徑可以節約生產(chǎn)節拍，而機器人之間的安全性就需要通過(guò)干涉區設置來(lái)保障。尤其是當機器人比較多，焊點(diǎn)分布區域廣，干涉區重疊時(shí)，有的干涉區不能通過(guò)路徑優(yōu)化避免，而必須讓其中一臺機器人等待，在這些情況下干涉區設置成為點(diǎn)焊項目調試中不可或缺的環(huán)節。在離線(xiàn)編程技術(shù)使用之前，干涉區由示教人員在現場(chǎng)設置，存在干涉區設置不規范、格式不統一等問(wèn)題。使用離線(xiàn)技術(shù)之后，點(diǎn)焊項目干涉區的設置由離線(xiàn)編程人員在仿真軟件中使用統一格式完成，并經(jīng)過(guò)反復驗證，既保證了機器人之間的安全，又做到路徑最佳。

 機器人的干涉區

  5.編寫(xiě)程序

  離線(xiàn)編程技術(shù)的一大特點(diǎn)就是在離線(xiàn)的環(huán)境下，生成機器人程序。與在線(xiàn)編程相比，離線(xiàn)編程具有減少機器人停機時(shí)間、使編程者遠離危險的工作環(huán)境和便于修改機器人程序等優(yōu)點(diǎn)。而且隨著(zhù)離線(xiàn)編程技術(shù)的發(fā)展，仿真軟件在離線(xiàn)時(shí)可以直接生成點(diǎn)焊命令和點(diǎn)焊的各個(gè)參數，包括間隙文件序號、伺服焊鉗序號、壓力條件文件序號、焊接條件序號、焊機啟動(dòng)時(shí)序和焊接條件組輸出，節省了現場(chǎng)輸入這些參數的時(shí)間。圖5為離線(xiàn)程序的生成過(guò)程，圖中左上角的對話(huà)框顯示機器人的動(dòng)作姿態(tài)，可以通過(guò)六個(gè)軸的脈沖值或者工具尖端點(diǎn)的空間坐標值來(lái)顯示。通過(guò)調整脈沖值或者坐標值，能夠使機器人達到需要的姿態(tài)，完成預定的工作。圖5中左下的對話(huà)框用INFORM語(yǔ)言記錄移動(dòng)命令和此時(shí)的脈沖值，由此生成機器人程序。

 離線(xiàn)程序的生成

  6.預測節拍

  運行離線(xiàn)程序時(shí)，仿真軟件能夠記錄機器人的運動(dòng)時(shí)間，如圖6所示。與實(shí)際情況比較，軟件中運動(dòng)時(shí)間的誤差小于5%。在離線(xiàn)技術(shù)出現之前，往往只能通過(guò)焊點(diǎn)數目估算機器人的動(dòng)作節拍，這樣帶來(lái)誤差比較大，而使用離線(xiàn)編程技術(shù)預測節拍，對把握整個(gè)生產(chǎn)節奏，預測產(chǎn)量很有幫助。

 運動(dòng)時(shí)間顯示

  7.在線(xiàn)應用

編寫(xiě)離線(xiàn)程序的最終目的是在線(xiàn)應用，在線(xiàn)使用離線(xiàn)程序面臨的主要問(wèn)題是安裝誤差對程序精度的影響?，F場(chǎng)安裝與圖紙一致時(shí)，離線(xiàn)程序可以直接使用。如果現場(chǎng)機器人與工具的相對位置和安裝圖紙差距較大，離線(xiàn)程序不能直接使用，需要找出安裝誤差的數值，以此對點(diǎn)焊程序進(jìn)行平移校準，對平移校準后的程序進(jìn)行微調后即可使用。

  在線(xiàn)使用離線(xiàn)程序最大的優(yōu)點(diǎn)在于離線(xiàn)編程的整體規劃性。在整體上把握點(diǎn)焊機器人的路徑，姿態(tài)和干涉區之后，可以提高示教質(zhì)量，節約現場(chǎng)示教時(shí)間，提高示教的工作效率。據首鋼莫托曼對最近幾個(gè)大型項目的統計，使用離線(xiàn)程序示教，與以往現場(chǎng)示教相比，平均節約80%的示教時(shí)間。

 結語(yǔ)

  借助離線(xiàn)編程技術(shù)，技術(shù)人員可以在軟件環(huán)境中合理分配工藝，模擬焊鉗選型和站內布局，優(yōu)化焊接順序和干涉區設置，預測生產(chǎn)節拍等，通過(guò)離線(xiàn)編程技術(shù)將技術(shù)難題解決在現場(chǎng)調試之前，使整個(gè)項目的各個(gè)環(huán)節得以并行開(kāi)展?，F場(chǎng)工程師只需將離線(xiàn)程序進(jìn)行微調和再現驗證便可投入使用?？朔爽F場(chǎng)示教編程大量占用調試時(shí)間的不足，使程序得以規范化，提高了現場(chǎng)的調試速度和針對客戶(hù)需求的響應速度，提高了項目質(zhì)量。