浅析焊接机器人运动路径优化仿真

摘要：随着自动化制造的渗透率不断提高，以焊接机器人为代表自动化生产方式，在国内生产制造领域基本已达到较高应用水准，越来越多的生产企业逐渐意识到焊接机器人课题研究的重要性。文章以实际生产过程为切入点，以理论联系实际的方式，运用虚拟样机对焊接机器人运动路径进行仿真，根据仿真结构采取相应的优化措施，切实推进产品生产效率和生产质量的全面提升。

关键词：焊接机器人；运动路径；路径优化；仿真

1 焊接机器人的分类与结构

1.1 焊接机器人的结构

（1）焊接机器人本体。所谓本体，主要指的是构成机器人的机械结构。

（2）驱动器。运用于工业生产中的焊接机器人，在驱动方式上具有一定可选择性优势，驱动方式较为多样化，常见的主要包括以下两种，伺服电机驱动和液压驱动，而对于伺服电机驱动而言，其在实际使用过程中还涵盖多种电机类型，如，直流伺服电机、交流伺服电机以及步进电机等等。

（3）控制器。在焊接机器人实际运用过程中，控制器所充当的角色类似人类的“大脑”，主要肩负着对处理相关信息内容的主要职责，并且焊接机器人机械手在运动过程中所产生的规律，在某种程度上受控制器的影响。

（4）焊接设备，各类焊枪等等。

1.2 焊接机器人的分类

从类型上来看，焊接机器人生主要可以划分为弧焊机器人和点焊机器人两种，在两种不同类型中，弧焊机器人实际载重相对较低，通常情况下，所夹持的焊枪重量严格控制在10KG以下，这种荷载重量较轻的情况下，以电动驱动级为主要驱动方式的焊接机器人可轻松完成。而相较于弧焊机器人，点焊机器人在载重方面的具有较高的要求。一般情况下，点焊接机器人的焊接动作的有效完成，必须确保其夹持重量在35KG以上，无形中增加了对点焊接机器人抓举能力的要求，为确保整个系统工作能力的全面提升，应采取功率相对较大的电机或者液压结构。

2 焊接机器人的运动仿真

2.1 虚拟样机技术介绍

在机械行业领域内，虚拟样机技术已经成为呈应用最为广泛的一门新兴技术类型，与传统技术形式不同，虚拟样机技术在某种程度上可与生产准备阶段达成相互配合机制，并在双方共同作用下完成对三维数据的建立，并在此基础上形成具备一定创新性质的动力学模型，虚拟样机技术在系统中的广泛运用，可以站在动力学的角度对机械系统进行虚拟仿真，将虚拟仿真过程中所得到的一系列有效数据，应用至对整个系统数据信息的精确计算，为其提供更加科学、有效及合理的理论依据，以供后期实体样机的设计制造提供丰富的参考途径，不仅能够在成本不充足的情况下，开展对机械系统的不断优化与完善，并且可在借鉴机不同设计方案的基础上，对质量、成本、性能以及制作周期进行系统优化。

2.2 焊接机器人模型的建立及导入

建立。目前，Adams已被应用与建模过程和装配过程中，但出于模型建立和转配的复杂程度，Adams的实际应用范围仅局限于简单的模型比较以及基础的功能演示。在此次研究过程中，对于模型的建立采用的是CATIA的方式，具体建模过程中，应站在更加全面、更加简化的角度，有效分析系统模型，将其中部分功能性不大，或者可有可无经的零件有效删除或隐藏，最大限度的缩短仿真时间，提高成功的可能性，其中，轴承、螺栓、螺钉等小部件可全部删除。

导入。本文对焊接机器人的运动优化主要采用Adams，但由于CATIA与Adams两者之间尚未建立相互对接的接口，无法通过信息技术传输方式将CATIA文件传输至Adams软件内，只能借助SolidWorks的中间作用，实现对文件的相互转换。值得注意的是，在保存CATIA文件时，应将其最终保存格式切换为stp格式，通过文件格式的重命名，可机构有效降低文件传输过程中，丢失各项数据资料的可能性，然后将文件在SolidWorks中打开，并以Parasolid（x_t）的格式覆盖原来文件格式，在Adams中创建ROBOT_1 文件，将CATIA文件转换成Parasolid（x_t）之后方可进行导入，选选取文件夹中已经被转换完成的文件，便可直接在Adams重导入CATIA中建好的焊接机器人三维模型。

2.3 焊接机器人运动仿真

（1）焊接机器人模型定义。通过对ADAMS刚性运动学的全面分析得知，机械系统内部运行性能的有效性，在某种程度上与零件材料无直接关系，但当机械零件处于运动状态时，整个机械系统的动力学特性将遭受不同程度材料属性的影响，因而，当虚拟样机进入仿真阶段后，现场相关人员应在充分考虑焊接机器人材料特性的基础上开展相应的技术模拟，并将材料进行重新定义。此外，在完成对焊接机器人可达空间的一系列验证之后，方可开展虚拟样机的有效模拟仿真，并且确定焊接机器人可达空间的实际范围之后，全面分析并合理其实际运动轨迹。

（2）焊接机器人路径的优化。当处于仿真环境中时，尤其是在焊点分配过程张，应将可焊接机器人纳入首要考虑范围之内，针对这些点的分配，在规划阶段就应考虑到在时间上错开。例如，图3中假设机器人1焊接焊点1～3，机器人Ⅱ焊接焊点4～6，由于焊点4两台机器人都可以达到，从而造成在该点可能发生机器人碰撞。因此，在考虑工艺流程时，应使机器人Ⅰ焊接顺序从焊点1向焊点3方向运行；机器人Ⅵ焊接顺序从焊点4向焊点6方向运行，在时间上加以错开，避免碰撞。

3 结语

综上所述，通过运用ADAMS软件，对焊接机器人的运动轨迹进行仿真模拟，不仅可实现理论与实践的充分融合，且能够从问题根本角度出发，切实解决焊接机器人在实际工业生产中所产生的一系列问题。尽管目前国家在工业机器人技术方面的发展尚处于初级阶段，在许多环节仍存在一定弊端，但对于其未来发展应树立更加长远的目标，运用现代发展目光重新审视国内工业化进程，推动国内工业化健康稳定发展。

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作者简介：吴枫（1986），男，汉族，洪湖人，毕业华中科技大学，助教。