在汽車及零部件制造業(yè)，使用工業(yè)機器人可以降低廢品率和產(chǎn)品成本，提高設(shè)備利用率，降低工人誤操作帶來的殘次零件風(fēng)險等，收益明顯。機器人具有執(zhí)行高危任務(wù)的能力，平均故障間隔期達60 000 h以上，比傳統(tǒng)的自動化工藝更先進。

工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器及人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動化工廠（FA）及計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。

在奇瑞公司生產(chǎn)現(xiàn)場，使用有焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人和裝配機器人，數(shù)量較多的為FANUC、KUKA及COMAU等品牌機器人。下面以焊接機器人為例，談?wù)勂湓谄嫒疝I車生產(chǎn)線上的使用情況。

FANUC機器人在焊接線中的應(yīng)用

FANUC工業(yè)機器人主要用于奇瑞轎車的A系列平臺車型的焊接中，其技術(shù)特點主要包括：

在機械本體方面，采用關(guān)節(jié)型6自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在1、2和3關(guān)節(jié)處為電動機+RV減速器驅(qū)動，電動機功率相同；4、5和6關(guān)節(jié)電動機功率相同且相鄰呈L形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+直齒輪+錐齒輪+RV減速器。除5軸為減小體積RV減速器為特殊定做外，其他軸RV為標準系列；機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸；主體采用條幅式鑄件（結(jié)構(gòu)簡單、減輕重量）。

在電控系統(tǒng)方面，F(xiàn)ANUC控制系統(tǒng)采用典型的主從二級控制結(jié)構(gòu)，上位機包括主板、CPU及FROM/SRAM組件，負責(zé)控制器內(nèi)部及外圍設(shè)備的信號處理、交換。下位機——伺服卡與伺服放大器不僅提供伺服電動機的驅(qū)動、抱閘信號，并且與絕對值編碼器實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)裝換，與主控單元采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，進行實時信號循環(huán)反饋。該機器人伺服放大器集中了6個軸的電動機于一塊電路板上，造成一個放大器損壞需更換整個電路板的局面。FANUC機器人只有一個電源輸送單元供給控制箱內(nèi)各板卡，安全保護回路由變壓器直接向急停單元供電，并接入內(nèi)部各控制板卡形成保護回路，對整個系統(tǒng)進行電路保護。

FANUC工業(yè)機器人系統(tǒng)人機交互采用示教盒實現(xiàn)，軟件采用基于LINUX的操作系統(tǒng)設(shè)計，代碼完全公開，只需嵌入式專家對其內(nèi)核進行適量裁減，就可以獲得所需的功能系統(tǒng)，然后用LINUX結(jié)構(gòu)式語言編寫所需的應(yīng)用程序一起移植于嵌入式芯片中，因此其應(yīng)用程序圖形化功能弱，界面不友好，操作人員不易掌握，且對其進行開發(fā)和升級困難。操作方面，在用FANUC示教盒操作時需要同時按住“DEADMAN”開關(guān)和“SHIFT”鍵以后，再點擊各個功能鍵操作。對于程序編寫可以在示教盒上直接編寫，也可以在其他計算機上編寫后通過CF卡接口讀入。

KUKA機器人在焊接線中的應(yīng)用

KUKA機器人主要用于奇瑞轎車B、T和S系列平臺車型的焊接，其技術(shù)特點主要包括：

在機械本體方面，采用關(guān)節(jié)型6自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在1、2和3關(guān)節(jié)處為電動機+RV減速器驅(qū)動，電動機功率相同；4、5、6關(guān)節(jié)電動機功率相同且相鄰呈L形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+帶傳動+傳輸軸+帶傳動+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+帶傳動+傳輸軸+帶傳動+錐齒輪+減速器；5軸和6軸傳鏈中有帶傳動，且6軸未采用RV減速器，其他軸RV為標準系列。機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸，主體采用封閉式鑄件。

在電氣系統(tǒng)方面，KUKA控制系統(tǒng)采用的是分布式控制結(jié)構(gòu)，工控機是整個控制系統(tǒng)的中樞部分，負責(zé)與主電源、安全回路、RDC及外圍設(shè)備進行信號處理、交換，除標準配置外，還包括MFC卡（控制安全回路，非可屏蔽性中斷）和DSE-IBS卡（與RDC串口通信，輸出到KSD，實現(xiàn)三環(huán)控制）。KUKA伺服驅(qū)動器（KSD）與工控機間采用INTERBUS總線方式通信，標配為6個分散獨立的驅(qū)動器實時控制6軸運動，柜內(nèi)最多可擴展到8軸。KUKA ESC安全系統(tǒng)由主電源直接向ESC卡提供27 V直流電，并與工控機、示教器及外圍設(shè)備連接，對整個系統(tǒng)進行電路保護。KUKA主電源向各伺服驅(qū)動器提供600 V電壓，輔助電源向工控機、安全模塊、伺服驅(qū)動器、電動機制動及電池等模塊提供27 V直流電。

在人機交互方面KUKA機器人系統(tǒng)的人機交互除示教盒外，還可以外接顯示器和鍵盤、鼠標等成為PC機。示教盒設(shè)外觀設(shè)計采用了近似于掌上PC的結(jié)構(gòu)，其軟件系統(tǒng)為KUKA與微軟公司合作開發(fā)的VX-Win操作系統(tǒng)，是將Windows與VxWorks結(jié)合開發(fā)的專用收費軟件，類似于Windows，支持VC面向?qū)ο筌浖帉憫?yīng)用程序，界面友好、易掌握，開發(fā)和升級相對容易，使用成本高。

COMAU機器人在焊接線中的應(yīng)用

COMAU工業(yè)機器人主要用在奇瑞轎車的M、S系列平臺車型的焊接，其技術(shù)特點如下：

在機械本體方面，采用關(guān)節(jié)型6自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)，1軸電動機和底座固定在一起，通過減速機和齒輪傳動帶動，2、3軸為電動機+RV減速器驅(qū)動，1、2、3軸電動機功率相同；4、5、6關(guān)節(jié)電動機功率相同且相鄰呈品字形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+直齒輪+錐齒輪+RV減速器。機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸。大臂采用槽形鋼加勁板結(jié)構(gòu)的鑄造形式，且小臂是焊接件。

在電氣系統(tǒng)方面，COMAU工業(yè)機器人控制系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，其RPU過程處理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的主控制模塊，包括系統(tǒng)主處理器、運動協(xié)處理器，以主從控制的方式進行工作處理，完成I/O和現(xiàn)場總線管理、運動控制和機器人程序執(zhí)行。COMAU DSA數(shù)字伺服放大器通過機器人接口模塊反饋編碼器信號，與運動協(xié)處理器間通過Internet進行通信，提供伺服電動機的驅(qū)動電源和抱閘電源，控制機器人運動。COMAU RSM安全保護系統(tǒng)與過程處理系統(tǒng)、系統(tǒng)通信模塊及外圍設(shè)備等單元進行安全信號通信，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全保護。COMAU DPP電源分配系統(tǒng)向輔助電源和數(shù)字伺服放大器提供主動力電源。APS輔助電源向數(shù)字伺服放大器、過程處理系統(tǒng)及系統(tǒng)通信模塊等單元提供24 V直流電源，并通過系統(tǒng)通信模塊向安全模塊提供24 V直流電源。

在人機交互方面，COMAU使用與KUKA相同的操作系統(tǒng)，示教盒外觀設(shè)計類似FANUC機器人，但操作更舒適，采用圖形化操作界面，易掌握。在操作上COMAU機器人“DEADMAN”附有二級開關(guān)，一般人按到一級開關(guān)便可以示教，按到二級開關(guān)是對機器人外部設(shè)備安裝的檢測，如果已安裝后按到二級開關(guān)就會出現(xiàn)報警現(xiàn)象。該系統(tǒng)可以外接顯示器和鍵盤、鼠標構(gòu)成一臺PC機，可以在上面進行編程、調(diào)試和設(shè)置等工作。

實際應(yīng)用中存在的問題

在實際生產(chǎn)中，工業(yè)機器人焊接故障出現(xiàn)的比例最高，導(dǎo)致此故障的種類很多，軟件上包括控制程序指令丟失、失效，硬件上包括編碼器位置反饋錯誤、焊鉗故障及伺服電動機故障等。以FANUC為例，這類故障約占82%。伺服故障偶爾發(fā)生，大部分原因是轉(zhuǎn)矩超高報警，約占5%。總線網(wǎng)絡(luò)故障，包括網(wǎng)絡(luò)組線程序出錯，PLC發(fā)生內(nèi)部故障以及PROFIBUS總線出錯等，約8%左右。工業(yè)機器人無作業(yè)由于內(nèi)部運動函數(shù)插補失敗，控制程序失效，外部信號丟失沒有發(fā)給機器人控制程序等，約5%。

這些問題會對生產(chǎn)造成影響，嚴重時可能會延誤生產(chǎn)，造成重大損失。它們的發(fā)現(xiàn)和排除，有的需要廠家專業(yè)人員，有的需要從國外進口配件，有的需要大量庫存。

針對以上問題，作為設(shè)備維護人員也要充分發(fā)揮自己的能動性，做大量的改善工作。在減少焊接故障方面，維護人員對電纜、管路等加裝保護裝置；在信號干擾方面，對干擾源進行排查、進行隔離，同時，對線纜布線進行整改，故障率可大大降低。

結(jié)語

隨著我國從制造大國向制造強國邁進，制造業(yè)，特別是汽車行業(yè)的競爭將愈來愈激烈，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率將是企業(yè)在激烈競爭中獲勝的關(guān)鍵因素之一。大量使用性價比高的工業(yè)機器人，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率的同時可減少人力，降低生產(chǎn)成本，將是我國制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。(end)