摘要：机器人点焊是一种现代化作业方式，能够保证工作效率和安全性，为车身焊接线的工作提供了支持。基于此，本文以现有资料为依托，提出一种以智能技术为核心的车身焊接线机器人点焊工作站设计方法，就其拓扑结构、重点技术以及工作模式等进行分析，最后通过仿真实验对理论内容进行论证，服务后续工作。
关键词：车身焊接线；机器人；点焊工作站；智能技术
前言
机器人点焊工作站是一种自动化作业系统，点焊工作的原理没有变化，只是将原本需要人工操作的环节以机器人作为替代，以提升作业安全性和效率。现代汽车制造工业、车身焊接线工作对机器人工作的精细化程度要求越来越高，这也客观要求机器人点焊工作站完善设计、提升功能性。本文就上述内容进行分析。
1.车身焊接线机器人点焊工作站的设计思路
1.1拓扑结构
本次设计的核心思路为借助智能技术控制机器人作业的各个环节，并实现工作上的自适应调整。拓扑结构上，以执行结构、控制结构、通信结构三大部分组成，额外以附属结构实现功能完善和提升。执行结构为负责点焊作业的机械手以及其周边结构，包括用于工作态势、数据显示的数字化设备，用于信息交互和现场控制的传感器等等。控制结构为机器人点焊工作站的核心部分，以单片机为中心设备，通过单片机记录各类程序和指令，用于信息的辨识、存储，指令的下达等。通信结构拟采用有线模式位置、超短距无线模式为辅的基本架构，系统内由控制结构直接控制的各部分，均以通信线路实现物理形式上的连接。由人员间接控制的部分，则以射频识别技术作为依托，包括设备的启闭、参数更改权限等。
1.2重点技术
本次设计牵涉到的重点技术包括以智能技术为依托的容错技术和指令辨识技术、有线通信技术、降维分析技术、PLC逻辑控制技术等，以集成技术实现上述技术的联合应用。以容错技术为例，机器人在进行点焊加工的过程中，会持续出现少许误差，误差的持续积累会严重影响加工质量，导致车身焊接参数与实际加工成果出现较大差异[1]。借助智能技术进行的容错操作，可应对该问题，假定默认程序下的加工参数为X，实际工作中的参数值往往围绕X呈现小幅波动，这种波动不带有规律性，可通过一个数集表达：
X=[X-n……X-2;X-1;X;X1;X2……Xn]
数集中，[X-n、Xn]分别代表参数允许出现的最小和最大偏差。在实际工作中，当参数波动过大，超过了[X-n、Xn]范围，该信息可被传感器收集，并借助通信线路传输给控制结构，控制结构根据默认程序进行辨识，发现机器人工作参数上的异常，下达“校正”指令，使机器人作业参数重新恢复到正常水平，保证加工精度。如果短时间内出现多个指令同步向控制结构传输、控制结构同步下达多个指令的情况，则借助PLC逻辑控制器进行指令控制。模式见图1：
不同质量借助较多的输入和输出接口分别予以控制，以此保证信息处理的高效率，避免互扰问题。降维分析法在本次设计中具有突出作用，车身焊接线机器人点焊工作站的工作中，多个因素可能影响机器人的工作，在设计的过程中，采用降维分析法，将影响工作站工作的因素进行简化，一些影响偏小的因素予以忽视，带有线性规律的影响因素，则以影响系数的形式出现，如老化影响、设备刚性影响等。工作站的实际工作中，还通过嵌入技术进行信息的持续存储，生成大数据，作为后续智能技术优化的依托[2]。
1.3工作模式
工作站作业的标准模式为：设备启动——按默认程序进行点焊作业——以固定间隔通过传感器进行数据收集——传输信息至控制结构——如果信息过多，以PLC逻辑控制器进行信息传输的控制，避免拥堵和互扰；如果信息较少，直接予以传递——控制结构进行信息分析和辨识——信息正常，无动作，工作站继续进行点焊；信息异常，根据默认程序评估异常情况，下达校正指令——完成校正继续进行点焊作业。
图1多指令模式下PLC逻辑控制器的工作机理
2.仿真实验
2.1仿真对象与结果
建立计算机实验模式，对设计方案进行论证。采用参数模拟法进行实验，可变参数包括指令传递压力、工作负荷、工作时间三个方面。观察指标为不同参数下，工作站的工作质量，包括工作精度、问题辨识率、校正时间三个方面。
实验共分为三组，第一组默认工作负荷、工作时间无异常，对指令传递压力进行调整，设定为低压力实验（10次）、中等压力实验（10次）、高压力实验（10次，异常实验），分别记录工作站工作精度、问题辨识率、校正时间。
第二组默认指令传递压力、工作负荷无异常，对工作站的工作时间进行调整，设定为短时间实验（10次）、中等时间实验（10次）、长时间实验（10次，异常实验），分别记录工作站工作精度、问题辨识率、校正时间。
第三组默认指令传递压力、工作时间无异常，对工作站的工作负荷进行调整，设定为低负荷实验（10次）、中等负荷实验（10次）、高负荷实验（10次，异常实验），分别记录工作站工作精度、问题辨识率、校正时间。
2.2结果与分析
实验结果见表1：
表1 仿真实验结果
结果上看，当指令过多、工作时间过长时，工作站出现了无法有效辨识问题的情况。进一步分析发现，系统对波动不明显的数据无法完成准确辨识，这与单片机的程序记忆效果存在直接关联。可在后续工作中加强数据收集的精确性，确保控制结构能够有效辨识所有异常情况。此外，从校正时间上看，工作站工作负荷的变化和指令数目的变化，不影响系统的校正效率，但在长时间工作后，校正时间有所增加。后续工作中，可尝试提升车身焊接线机器人点焊工作站硬件和材料的刚性，以避免疲劳使用导致的控制能力下降问题。实验证明，主要参数的变化不会影响工作站精度，智能技术使工作站的作业能力得到保证。
总结：综上，车身焊接线机器人点焊工作站的设计以现代智能技术为核心，强调多技术的集成和共同作用。本次设计中，机器人点焊工作站可以大致分为执行结构、控制结构、通信结构三大部分，重点技术包括容错技术、有线通信、降维分析技术等。仿真实验证明了设计的可行性，可作为参考，应用于后续设计工作中。
参考文献
[1]杨朝隆,耿勇.基于改进蚁群算法的白车身焊接机器人路径优化[J].设备管理与维修,2019(06):24-26.
[2]冉启洪,汤艳刚,齐瑞霞,等.基于机器人的在线检测技术在车身焊接制造中的应用[J].企业科技与发展,2017(08):37-40.
论文作者:刘洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：点焊论文; 工作站论文; 工作论文; 结构论文; 技术论文; 机器人论文; 指令论文; 《基层建设》2019年第17期论文;