隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，以及對(duì)焊接質(zhì)量要求的不斷提高，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、改善焊接現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化等要求已成為行業(yè)的共識(shí)。其中，焊接自動(dòng)化主要依靠計(jì)算機(jī)控制，采用機(jī)器人技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、穩(wěn)定和保證焊接質(zhì)量，是焊接技術(shù)發(fā)展的方向。

　　傳統(tǒng)焊接機(jī)器人系統(tǒng)介紹

　　1、傳統(tǒng)焊接機(jī)器人的工作方式

　　焊接機(jī)器人在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用，目前其主要的工作方式為示教再現(xiàn)：操作人員利用示教盒控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使焊接頭到達(dá)焊接作業(yè)所需位置，并記錄下各個(gè)示教點(diǎn)的位姿數(shù)據(jù)，隨后機(jī)器人便可以在“再現(xiàn)”狀態(tài)下完成這條焊縫的焊接。其中，在線示教編程的過(guò)程中必須停止生產(chǎn)作業(yè)，而且在沒(méi)有視覺(jué)傳感器跟蹤的情況下，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的精度主要依賴于操作者進(jìn)行示教時(shí)的細(xì)致程度及目測(cè)精度。

　　2、示教再現(xiàn)型機(jī)器人存在的技術(shù)問(wèn)題

　　在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，示教再現(xiàn)型機(jī)器人存在的主要技術(shù)問(wèn)題：⑴在編程時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的無(wú)縫集成，致使過(guò)程繁瑣，效率低下；⑵示教的精度完全靠示教者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)決定，對(duì)于復(fù)雜焊縫，難以獲得令人滿意的示教效果；⑶示教過(guò)程中，示教人員容易疲勞，且處在機(jī)器人工作的危險(xiǎn)環(huán)境下；⑷目前，國(guó)內(nèi)焊接件的加工及裝配的精度經(jīng)常達(dá)不到機(jī)器人開(kāi)環(huán)焊接的要求。

　　隨著焊接機(jī)器人在中小批量生產(chǎn)企業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，以及焊接作業(yè)的復(fù)雜程度不斷增加，傳統(tǒng)的示教編程方式已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)發(fā)展的要求。解決問(wèn)題的有效途徑之一，就是采用離線編程技術(shù)，把操作者從在線示教編程中解放出來(lái)，并充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的使用效率，提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高焊接精度。

　　機(jī)器人智能模擬軟件系統(tǒng)介紹

　　機(jī)器人智能模擬軟件與機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行的軟件完全一致。因此，通過(guò)機(jī)器人智能模擬軟件可執(zhí)行仿真，所用均為車間中實(shí)際使用的真實(shí)機(jī)器人程序和配置文件。機(jī)器人智能模擬軟件的主要功能如下：

　　CAD導(dǎo)入

　　機(jī)器人智能模擬軟件可方便地導(dǎo)入各種主流CAD格式的數(shù)據(jù)，包括IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS及CATIA等。機(jī)器人程序員可依據(jù)這些精確的數(shù)據(jù)編制精度更高的機(jī)器人程序，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　AutoPath

　　AutoPath是機(jī)器人智能模擬軟件中最為節(jié)省時(shí)間的功能之一。該功能通過(guò)使用待加工零件的CAD模型，僅在數(shù)分鐘之內(nèi)便可自動(dòng)生成跟蹤加工曲線所需要的機(jī)器人位置（路徑），而這項(xiàng)任務(wù)以往通常需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。

　　程序編輯器

　　程序編輯器（ProgramMaker）可生成機(jī)器人程序，使用戶能夠在Windows環(huán)境中離線開(kāi)發(fā)或維護(hù)機(jī)器人程序，可顯著縮短編程時(shí)間并改進(jìn)程序結(jié)構(gòu)。

　　路徑優(yōu)化

　　如果機(jī)器人程序包含接近歧義點(diǎn)的動(dòng)作，機(jī)器人智能模擬軟件可自動(dòng)檢測(cè)出來(lái)并發(fā)出報(bào)警，從而防止機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生這種現(xiàn)象。仿真監(jiān)視器是一種用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)優(yōu)化的可視工具，紅色線條顯示可改進(jìn)之處，以使機(jī)器人按照最有效方式運(yùn)行，可以對(duì)TCP速度、加速度、奇異點(diǎn)及軸線等進(jìn)行優(yōu)化，從而縮短周期。

　　Autoreach

　　Autoreach自動(dòng)進(jìn)行可到達(dá)性分析，使用十分方便，用戶可通過(guò)該功能任意移動(dòng)機(jī)器人或工件，直到所有位置均可到達(dá)，在數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成工作單元平面布置驗(yàn)證和優(yōu)化。

　　虛擬示教臺(tái)

　　虛擬示教臺(tái)是實(shí)際示教臺(tái)的圖形顯示，其核心技術(shù)是虛擬機(jī)器人（VirtualRobot）。從本質(zhì)上講，所有可以在實(shí)際示教臺(tái)上進(jìn)行的工作都可以在虛擬示教臺(tái)（QuickTeach）上完成，因而是一種非常出色的教學(xué)和培訓(xùn)工具。

　　事件表

　　事件表是一種用于驗(yàn)證程序的結(jié)構(gòu)與邏輯的理想工具。程序執(zhí)行期間，可通過(guò)該工具直接觀察工作單元的I/O狀態(tài)。可將I/O連接到仿真事件，實(shí)現(xiàn)工位內(nèi)機(jī)器人及所有設(shè)備的仿真。該功能是一種十分理想的調(diào)試工具。

　　碰撞檢測(cè)

　　碰撞檢測(cè)功能可避免設(shè)備碰撞造成的嚴(yán)重?fù)p失。選定檢測(cè)對(duì)象后，機(jī)器人智能模擬軟件可自動(dòng)監(jiān)測(cè)并顯示程序執(zhí)行時(shí)這些對(duì)象是否會(huì)發(fā)生碰撞。

　　VB應(yīng)用程序

　　該系統(tǒng)可采用VB應(yīng)用程序（VisualBasicforApplications）改進(jìn)和擴(kuò)充機(jī)器人智能模擬軟件功能，根據(jù)用戶具體需要開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大的外接插件、宏，或定制用戶界面。

　　PowerPac’s

　　通過(guò)進(jìn)行一系列基于機(jī)器人智能模擬軟件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，使機(jī)器人智能模擬軟件能夠更好地適用于弧焊、彎板機(jī)管理（BendWizard）、點(diǎn)焊、絕對(duì)精度（CalibWare）以及葉片研磨等應(yīng)用。

　　直接上傳和下載

　　整個(gè)機(jī)器人程序無(wú)需任何轉(zhuǎn)換便可直接下載到實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)。

　　機(jī)器人智能模擬軟件的應(yīng)用

　　1、機(jī)器人光纖激光加工系統(tǒng)

　　機(jī)器人光纖激光加工系統(tǒng)主要是由光纖激光器、機(jī)器人(本體和控制柜)、水冷系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)、激光頭和工件裝夾系統(tǒng)組成。

　　該系統(tǒng)中激光器采用光纖激光器，機(jī)器人為六軸聯(lián)動(dòng)高精度機(jī)器人，裝有安全開(kāi)關(guān)。借助于示教盒上的安全開(kāi)關(guān)，示教過(guò)程中脫手或握力過(guò)大都會(huì)關(guān)掉伺服，使機(jī)器人停止，因此可安全地操作。激光柔性加工系統(tǒng)一般包括控制用計(jì)算機(jī)或者PLC、激光器、機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置或機(jī)器人、光纖傳送和光束變換裝置及其他輔助設(shè)施。這是一種設(shè)備相對(duì)不多，但對(duì)其精度、實(shí)時(shí)性、安全性、集成度要求較高的精密控制系統(tǒng)。

　　2、機(jī)器人智能模擬軟件仿真及離線編程步驟

　　⑴創(chuàng)建工作站。

　　⑵根據(jù)項(xiàng)目/系統(tǒng)要求，利用機(jī)器人智能模擬軟件的建模功能創(chuàng)建模型，或直接導(dǎo)入已設(shè)計(jì)方案中的模型。

　　⑶創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)。在模型庫(kù)中添加適當(dāng)型號(hào)的機(jī)器人，放入創(chuàng)建好的工作站中。

　　⑷導(dǎo)入工具(激光焊接頭)，為工具設(shè)定本地原點(diǎn)，設(shè)定本地原點(diǎn)的方向與工作站大地坐標(biāo)系方向一致。

　　⑸創(chuàng)建工具坐標(biāo)系TCP。

　　⑹創(chuàng)建或?qū)牍ぜＰ停⒐ぜ鴺?biāo)系。

　　⑺運(yùn)動(dòng)路徑仿真。

　　⑻焊接任務(wù)規(guī)劃。通過(guò)人機(jī)交互方式，幫助系統(tǒng)進(jìn)行焊接任務(wù)規(guī)劃，選擇焊接順序，對(duì)長(zhǎng)焊縫、曲折焊縫的分段處理以及制訂焊接工藝等，最后形成簡(jiǎn)單的待焊焊縫，以一定格式輸出給后續(xù)模塊處理。

　　⑼焊接路徑優(yōu)化。優(yōu)先考慮變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)，盡量使焊縫位于平焊位置。根據(jù)焊縫姿態(tài)和焊槍姿態(tài)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，進(jìn)行碰撞檢測(cè)和相鄰焊縫之間焊槍姿態(tài)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的圓滑過(guò)渡處理。

　　⑽焊接參數(shù)優(yōu)化。系統(tǒng)根據(jù)焊接方法、板厚、坡口形式及焊槍姿態(tài)在焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇焊接參數(shù)，或進(jìn)行編輯、修改或直接輸入焊接參數(shù)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)焊縫的姿態(tài)或者板厚等焊接條件的變化，實(shí)時(shí)地改變焊接參數(shù)，從而獲得最佳的焊接效果。

　　⑾圖形仿真。模擬整個(gè)焊接過(guò)程，檢查發(fā)生碰撞的可能性及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是否合理，并計(jì)算機(jī)器人的工作循環(huán)時(shí)間，為離線編程結(jié)果的可行性提供參考。

　　⑿焊接加工文件的自動(dòng)生成。把規(guī)劃結(jié)果轉(zhuǎn)換成機(jī)器人控制柜(MRC)能夠識(shí)別的語(yǔ)言，生成加工文件。加工文件下載到MRC上，由MRC執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)焊接。

　　RobotStudio離線編程系統(tǒng)的流程如圖所示。

　　機(jī)器人智能模擬軟件仿真與離線編程的優(yōu)點(diǎn)

　　⑴路徑仿真可用于項(xiàng)目初期的可行性分析，有效提高工作效率，縮短項(xiàng)目研發(fā)時(shí)間。

　　⑵可避免項(xiàng)目設(shè)計(jì)的致命錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)按期執(zhí)行。

　　⑶可在辦公室內(nèi)完成機(jī)器人編程，無(wú)需中斷生產(chǎn)，減少機(jī)器人停機(jī)時(shí)間。

　　⑷機(jī)器人程序可提前準(zhǔn)備就緒，提高整體生產(chǎn)效率。

　　⑸讓程序員脫離潛在的危險(xiǎn)環(huán)境。

　　⑹一套編程系統(tǒng)可給多臺(tái)機(jī)器人編程，借助機(jī)器人智能模擬軟件可在不影響生產(chǎn)的前提下執(zhí)行培訓(xùn)、編程和優(yōu)化等任務(wù)。

　　⑺能完成示教難以完成的復(fù)雜、精確的編程任務(wù)。

　　⑻通過(guò)圖形編程系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)仿真可驗(yàn)證和優(yōu)化程序，采用后置處理技術(shù)將程序輸出給車間工作的機(jī)器人。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著計(jì)算機(jī)三維繪圖技術(shù)的成功應(yīng)用，離線編程系統(tǒng)的實(shí)踐成為現(xiàn)實(shí)，它使機(jī)器人焊接成為一種便于操作和集成的、具有充分柔性的超級(jí)工具，不僅解放了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，也為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。