1.前 言
工業機器人自60年代初問世以來，經過了近50年的發展，已廣泛應用于工業領域，成為汽車制造業生產自動化中主要的機電一體化設備，而應用最多的則是焊接機器人。應用機器人的主要目的在于削減生產人員編制、提高勞動生產率、降低勞動強度及提高產品質量。機器人與傳統的機器相比，具有兩個主要優點： 容易實現生產過程的完全自動化；對生產設備的高度適應能力。
而今，機器人用戶對工業機器人生產提出了更高的要求——在完成生產綱領的情況下，提高單位面積的產值，即，使用更少的生產布局和人員完成生產。安川首鋼機器人有限公司（以下簡稱YSR）根據客戶的這一需求，經過幾年的探索和實踐，開發出了MINI型焊接機器人工作站（以下簡稱mini-cell）。
2.MINI型焊接機器人工作站介紹
焊接機器人在工業機器人應用領域占有最大的份額。由于汽車制造業對許多構件的焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時的火花及煙霧等，對人體造成危害，因此，焊接過程的完全自動化已成為重要的研究課題，其中，最為重要的就是要應用焊接機器人。機器人焊接工作站一般有這幾部分組成，如下圖：
1)工業機器人——焊槍或作業工具的載體，實現弧焊作業時所需要的焊接位置、焊接姿態、焊接軌跡。
2)功能設備¬——各種焊接電源及焊接電源相關的所有配套設備，是體現系統功能的設備。根據工件對焊接工藝的要求及用戶對生產廠家及焊接電源規格的喜好，使得焊接電源存在多樣性的選擇。一般推薦如下：
3)輔助變位設備¬——為了實現焊接所要求的最佳焊槍姿態和焊槍位置，對機器人或夾具進行變位的設備。在mini-cell中，由于工件的焊接工藝及空間限制，一般情況下使用固定臺或單軸翻轉變位機及雙軸變位機，如下圖：
4)工裝夾具¬——實現工件定位的關鍵設備。
5)電氣控制設備——系統運行的控制中心，是系統正常運行的保障。焊接工作站的電氣系統基本可劃分為以下幾個部分： PLC控制器、主操作盤、機器人控制系統、夾具、安全附屬系統。
6)系統安全及底座——安全欄、弧光防護、設備安全及人員安全的保障設備。
Mini-cell與一般焊接工作站外觀通過圖表1與圖表3可直觀的進行對比，其特點如下：
1)Mini-cell采用MOTOMAN-MA1400機器人，由于其線纜內藏和R軸的特殊設計，能夠在更小的范圍內實現更多的焊接姿態，因而是mini-cell最優的選擇。
2)Mini-cell主要應用于汽車零部件中小型零件的焊接,適用焊接零件尺寸范圍為500 X 500 mm以內。
3)Mini-cell的安全欄布局緊湊，采用全封閉式防護。為了防止弧光，在機器人S軸增加擋圈式弧光防護欄。
3 MINI型焊接機器人工作站的應用經驗
Mini-cell的開發及應用已有幾年時間，根據實際應用，以下一些經驗供大家一起研究。
3.1 mini-cell的使用，必須滿足安全要求
焊接機器人能夠代替人在危險、有害的惡劣環境中作業，同時又帶來了另一種潛在的危險，即機器人傷人事故。為此，在焊接機器人在線運行時，絕對不能有人進入其運動安全范圍所在區域，并且其運動區域內應該保證無干涉，這是焊接機器人安全管理的最為重要的一條原則。對于mini-cell由于空間更為緊湊，在機器人運動區域設計布置方面尤為重要。例如我們正在使用的安全防護措施：
(1)mini-cell周邊設備安裝全封閉安全防護欄，以防止有人進入危險區域造成意外傷害。作為雙工位不間斷生產的mini-cell，在工位間設置有移動式防護裝置，防止一側機器人焊接時另一側對操作工人的傷害。
(2)安全欄上設置安全門, 安全門入口設置四級插拔式安全開關，與PLC連鎖。人員進入工作站內部之前，必須先打開安全開關,同時在安全開關上加掛鎖，并帶好鑰匙，防止其他人關門上鎖啟動系統。當安全開關打開后，機器人伺服電源斷開，機器人停止運動。如果要啟動機器人執行程序，則必須要把掛鎖取走，安全開關閉合。
在mini-cell周邊及內部，安裝多個緊急停止開關，如主操作盤、雙手啟動按鈕操作盒、機器人示教盒、機器人控制柜及工作站內部。緊急情況下，按下急停按鈕后，系統所有設備停止運行。
(4)在mini-cell的電氣控制系統中采用安全PLC或安全繼電器。對于安全繼電器或安全PLC，由于其采用冗余、多樣的結構，并具有自我檢測和監控、可靠的電氣元件、反饋回路等安全措施，保證在本身缺陷或外部故障的情況下，依然能夠保證安全功能，并且可以及時的將故障檢測出來。在最大程度上保證了整個安全控制系統的正常運行，實現人和工作站的安全。
3.2 MINI型焊接機器人工作站的外部軸
為了滿足和適應更多產品的需求,在mini-cell設計時,同時要考慮產品焊接過程中的穩定性和產品品質,最終選用的mini-cell具有多種不同類型的外部軸變位機。
焊接機器人的外部軸與其它機身6個基本軸一樣，均含有伺服驅動器和伺服電機，與相應的機械傳動裝置相配合，可以有效擴大機器人的活動范圍，并且能夠在復雜或狹窄的空間內達到最佳的作業姿態，并且具有和機器人同樣的重復定位精度。在弧焊實際應用中，包含外部軸驅動的焊接機器人能夠準確到達所需焊縫位置，并達到最佳焊接姿態和角度，因而焊接效果更好而降低了焊接飛濺，焊接后的焊縫外形美觀、焊接質量高。
3.3 mini-cell實現柔性生產
可用于焊接的產品種類多、品種復雜，在以往手工生產線上，如果需要混線生產同一型號不同種類的車型，人工焊接速度因工件、工具的差別而大大降低，生產的產品質量也隨之呈現出不穩定性。
焊接機器人只需預先編制好適應不同產品生產所需的不同的程序，機器人將根據生產的工作指令，自動調用相應的工作程序與不同產品焊接所需的工具。工裝夾具與變為機連接處采用快換裝卸結構，便于卡具的更換。在電氣控制系統中,控制柜與夾具間通訊連接采用航插方式,便于快速恢復控制。一般情況下，夾具換型可在20分鐘內完成。這樣mini-cell可用于多種產品的焊接，提高了產品的使用率。
4 MINI型焊接機器人工作站在應用中的注意事項
盡管mini-cell在近年YSR的項目中得到廣泛應用，使焊接質量和使用空間等問題得到了極大改善，有效提高了企業的勞動生產效率，降低了用戶的成本，但仍有部分的環節值得我們去注意。
4.1示教的特殊要求
Mini-cell由于空間緊湊，防護機構較多，不便于人工在線示教，故對示教要求較高，這個工作現在需要時間可能要大于一般焊接工作站。YSR采用仿真技術對其進行離線示教，降低了人工進行示教難度，大大提高示教的效率。
4.2 mini-cell的電氣控制系統的特殊要求。
MA1400作為安川電機在全球推廣的標準焊接機器人，其在焊接領域的應用時穩定可靠。為了保證電氣系統與機器人系統相匹配，我們應提高電氣控制系統的設計質量和制造質量，保證其穩定可靠。具體配置要注意：
電器元件的選擇上，保證可以在焊接作業的環境惡劣、作業強度極大、電壓波動較大這些情況下，不出現故障正常使用。YSR在夾具與電氣控制系統間通訊采用ASI總線形式，提升控制設備的抗干擾能力，這將極大地確保mini-cell的生產穩定性。
4.3 對于機器人與其它設備干涉的特殊要求。
Mini-cell的優點在于提高了空間利用率，這也是mini-cell在不斷開發過程中遇到問題和瓶頸最多的地方。機器人作為運動部件，在焊接過程中攜帶焊槍、送絲機和送絲軟管等部件在不斷的移動，為了避免與防護機構，安全欄等設備產生干涉，我們要反復進行示教調試工作。YSR在開發mini-cell的過程中不斷地優化設計，積累了豐富的經驗，使得mini-cell更加地完善。
5 結束語
隨著我國工業經濟的發展，機器人技術得到了廣泛的應用。很多用戶通過機器人的使用認識到了其價值，并在不斷地提升其附加值。MINI型焊接機器人工作站是根據廣大客戶的需求，研制的一款工業機器人工作站，我們相信其應用市場將越來越廣。
