焊接机器人控制方法探讨

黄相耀

柳州柳新汽车冲压件有限公司，广西 柳州 545000

摘要：焊接机器人是用于现代工业生产，并专门从事点焊、弧焊、激光焊等焊接工艺操作的机器人。规范化的控制焊接机器人，能促进工业焊接的自动化转变，提升焊接生产的效率、质量与安全。本文以FANUC焊接机器人为例，在焊接机器人控制方法要点展开分析。期望能进一步深化焊接机器人在工业生产中的应用，提升现代工业生产的效率与质量。

关键词：焊接机器人；FANUC；控制方法；注意事项

焊接机器人是在机器人、电子、计算机、数控等多种技术的支撑下发挥起来的一种全新技术形式；自60年代开始，焊接机器人开始用于工业生产。相比于传统的人工生产，焊接机器人不仅能提高劳动生产率，改善工人劳动强度，而且缩短了产品改型换代的准备周期，提升了焊接产品的效率和质量。步入新时期，以FANUC为代表的焊接机器人在工业生产中的应用愈发深入，有必要进行焊接机器人控制方法的全面优化。

一、FANUC焊接机器人的基本结构

FANUC焊接机器人是现代工业生产中较为常见的一种工业机器人形态，其包含了应用工具软件、机器人主体、控制装置三个层面的内容^[1]。就应用工具而言，其是镶嵌于FANUC焊接机器人控制装置中的各类专业专用软件包，这些软件包的内容会通过示教器进行显示，依据不同的菜单和指令，即可完成机器人、机械手、遥控装置、附加轴、输入输出等装置的系统控制。结合FANUC焊接机器人应用情况来看，这些应用工具软件多包含设定系统、机器人点动进给、程序、测试运转、操作执行等内容。机器人主体本身包含了较多的末端执行器，如伺服焊钳、伺服胶枪、激光焊接和机械抓手等，这些执行器在焊接、搬运等具体操作中起到至关重要的作用。控制装置是FANUC焊接机器人的重要组成，其内部嵌有应用工具；从控制装置结构来看，其不仅包含示教器、操作面板、外围设备等内容，而且涉及CRT/KB、通信、I/O等单元，此外，机器人动作、急停装置、附加轴等都是机器人控制系统的重要组成。FANUC焊接机器人系统结构如图1所示。

图1 FANUC焊接机器人系统

二、FANUC焊接机器人的控制方法

1、机器人系统设定

作为FANUC焊接机器人控制实现的基础，机器人系统的设定尤为关键。首先需要对机器人自动运转、坐标系、参考位置等要素进行系统设置。坐标系及参考位置的设计对于机器人焊接控制的精准性具有较大影响。以坐标系设置为例，控制人员需要从关节坐标系、直角坐标系、机械接口坐标系、工具及用户坐标系等诸多层面进行控制，通过参考未知的设计，可确定机器人离开机床和外围设备后可一移动的安全控件，一般设计参考位置点数为10个[2]。I/O设定是机器人系统设定的重要内容，其包含通用I/O、专用I/O和I/O分配的系统设计。在I/O设定中，不仅要考虑机器人I/O设定，而且需协调外围设备I/O、操作面板I/O的关系，此外应对I/O链接设备画面、I/O链接功能进行系统控制。譬如在I/O链接设备单元中，就必须在设备画面上设定必要的信号点数，通常输入、输出的数字信号点数最多可分别设计为256个等。

2、程序构成控制

精准化的编制控制程序，可为FANUC焊接机器人控制功能的实现创造良好条件。在机器人控制程序管理中，应实现以下层面内容控制：其一，针对程序信息的管理，应确保所有控制信息的完备性，即焊接机器人的控制程序不仅应包含程序名、程序注解、子类型，而且需具备组掩码，写保护、忽略暂停等内容，此外，在程序信息设计中，还需要考虑堆栈的大小。其二，在行号码、程序末尾记号及自变量控制中，应确保行号码自动插入到程序上所追加的各指令旁，即在删除指令，或将指令移动到程序中新的位置的情况下，程序将自动地重新赋予号码，使得最初一行始终为行1，第2行为行2。而在程序末尾记号管理中，应确保在程度到达最后一行时，朝向画面的下放移动。此外针对自变量的关联，应通过直接指定、间接指定两种方法进行控制。其三，重视程序动作指令、码垛堆积指令、寄存器指令等要素的管理。如在动作指令管理中，应从动作类型、位置资料、移动速度、定位类型、附加指令等诸多层面进行管理；而在码垛堆积指令控制中，应按照B、BX、E、EX等模式的差异，选择不同的码垛路径堆积模式。此外，针对寄存器质量管理，应做好数值寄存、位置寄存、码垛寄存等大单元的指令处理，保证实际的处理效果。

3、创新的创建和执行

创建并执行程序是FANUC焊接机器控制的核心环节，就程序创建而言，其包含设计程序、接通电源和电动进给、基本程序创建、修改程序、程序操作、背景编辑、特异点检查、其他编辑功能等诸多环节。在实际管理中，控制人员应重点做好基本程序创建和程序修改的关联。通常在创建程序中，需进行具体程序的记录，然后修改标准动作的指令语句，并做动作指令的示教。而在程序修改中，应在选择相应修改程序后，从动作、控制、编辑三个层面进行修改。程序的执行关系着FANUC焊接机器的实际工作效率和质量。在实际执行中，首先应做好程序停止和恢复的控制，一般该功能通过急停操作、HOLD键来控制实现。其次，在程序执行中，应在启动程序后，做好机器人动作的关联，尤其是要做好暂停状态启动程度的关联。此外，为保证FANUC焊接机器运转的高效性，还需开展控制程度的测试，并结合测试结构，进行机械手、I/O等单元的手动操作控制，确保手动控制与自动运转的有效统一。

4、其他控制要点

为进一步提升FANUC焊接机器人的控制效果，在机器人执行具体程序时，还需要从状态显示、输入/输出文件管理、指令应用、码垛堆积、示教器应用等多个单元开展控制和协调，确保FANUC焊接机器人处于最佳工作状态。另外，针对FANUC焊接机器人的自动控制，应从操作者、程序员、维修工程师、刀具、外围设备、机器人结构部位、末端执行器和停止方法等诸多环节开展机器人的安全管理，确保工业生产的高效性。

结论

FANUC焊接机器人的使用对于现代工业生产具有深刻影响。新时期，技术人员通过熟悉掌握FANUC焊接机器人的结构组成、控制方法，加强机器人生产作业中的控制管理，这样才能提升FANUC焊接机器人的应用效果，促进工业生产的自动化、现代化发展。

参考文献

[1]房立金,张月,徐晓辉.搅拌摩擦焊接机器人形变及载荷控制方法研究[J].航空制造技术,2020,63(9):5-11.

[2]赵奇明,杜兴顺.提高焊接机器人工作站通用性和柔性的控制方法[J].数字化用户,2019,25(1):123.