焊装机器人仿真
汽车车身焊装机器人工作站设计及应用
汽车车身焊装机器人工作站设计及应用焦建武【摘要】分析了机器人在目前车身焊装中的应用情况,以车身主焊线中应用的机器人工作站为例,进行了详细的布局设计、工艺设计、控制设计、安全设计和电器实现设计.文中所述的设计方案可实现白车身的批量生产功能,并可与现场MES系统集成为生产指示,具有一定的实用性和参考价值.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P126-128)【关键词】车身焊装;机器人工作站;设计应用【作者】焦建武【作者单位】长城汽车股份有限公司,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TB4921 引言焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段。
但是，焊接烟尘、金属飞溅的存在，致使焊接的工作环境非常恶劣。
同时，在车身装焊车间，点焊人工焊钳的应用，为工人操作带来不便，加大了工人的劳动强度。
因此，在车身焊装车间广泛采用机器人焊接，不仅可使工人远离焊接烟尘和飞溅，而且可以使工人不用再搬运笨重的手工焊钳，让工人从高强度的体力劳动中解脱出来。
工业机器人是借助伺服技术控制机器人的关节，通过对机器人进行动作示教使其实现动作的记录和再现，即所谓的示教再现机器人，现有的工业机器人差不多都采用这种控制方式。
常用机器人为独立多关节型，具备六个基本轴数，可以通过外部附加轴来实现更大范围的作业。
机器人不仅能进行复杂的工艺操作、适应恶劣的工作环境，取代笨重、单调、重复的人工体力劳动，保证产品质量，提高工效、节约能源、安全生产，易于实现自动化大规模生产，还能通过机器人程序调整及更换机械手等更改迅速组成柔性生产系统，特别适宜于多车型和多品种共线生产需要，产品换型上马快、周期短、应变能力强。
2 机器人点焊的特点一般一台白车身的钣金件在400-550 个左右。
各钣金件通过焊接构成白车身，焊点约在4000-5000 点左右，点焊占95%以上，因此，用于点焊的机器人在焊接中占有很大的比例。
基于Simufact welding仿真在弧焊机器人教学中的研究
内燃机与配件0引言自2010年起我院开设焊接机器人应用与维护专业以来，培养焊工7000多人，焊接机器人操作大约5000多人，目前在校生焊工400多人。
为服务地方经济发展，培养以徐工集团为核心的制造型企业，探索一种高效、快捷、低成本的教学途径，提升学生焊接工艺参数设置能力，提高焊接机器人教学质量，本文研究将Simufact 焊接仿真应用到焊接机器人应用与维护专业教学中，以达到期望效果。
在焊接领域用于仿真模拟工具有许多，由于焊接加工过程是与温度、应力变形和冶金组织状态相互作用和影响、常会发生较为复杂的物理变化。
如果利用仿真模拟再现整个焊接过程对学生来说，不仅焊接工艺参数对焊缝成形影响有直观的感受，且能掌握建立焊接工艺各参数相互影响关系。
因此，在技工院校焊接机器人应用与维护专业教学过程中，运用Simufact welding 仿真软件对焊缝成形过程进行模拟教学有着重要的意义。
1Simufact 焊接有限元建立Simufact 焊接有限元焊接仿真通过导入焊接组件的网格化零件，构建有限元焊件模型；设置合理的环境参数和焊接参数对整个焊接过程进行高度模拟；最后，对Simufact 导出的数据和图像进行分析。
在导入网格化焊接组件时，建议运用多种网格方式，在焊缝周边较细的网格可以准确地获得高梯度温度。
如果出现网格的划分算法不太兼容的现象，建议对焊件进行独立网格划分的处理，这样会避免了不兼容现象的干涉和影响。
通常焊接件对兼容的网格设计既费时又有难度，所以，一般采用不兼容网格划分算法。
运用Solidworks三维软件建模后再Hypermesh 划分网格，最后保存。
建立仿真模型的建立是否合理直接关系到预处理时间，直观的用户界面对模拟过程起到事倍功半的效果。
在建立焊接结构时，可以用三维软件自行绘制焊接组件，如装夹夹具可以预定义组。
在运用有限元软件分析时，需要对焊件定义求解器、焊枪数量、设置跟踪点、加载焊件组件以及边界条件的设置。
自动化焊装线的节拍设计与优化
2021年第2期2021No.2汽车工艺与材料Automobile Technology &Material自动化焊装线的节拍设计与优化张晓龙马立新杨磊李海南魏国兴尚校（一汽模具制造有限公司，长春130013）摘要：介绍自动化焊装线工艺规划过程中生产线节拍的设计过程，并重点讲述循环时间的确定、节拍设计和仿真验证等关键步骤的内容和方法。
从工业工程的角度出发，概述自动化生产线的节拍优化方法，并结合焊装生产的实际特点，讲解在焊装线规划设计过程中该如何实现节拍优化。
最后作为补充，简述自动化焊装线中人工操作工位的节拍设计和优化方法。
关键词：焊装线节拍设计与优化工艺规划工业工程中图分类号：U468.2+2文献标识码：BDOI:10.19710/ki.1003-8817.20200294The Design and Optimization of the Beat of Automatic Welding LineZhang Xiaolong,Ma Lixin,Yang Lei,Li Hainan,Wei Guoxing,Shang Xiao（FAW Tooling Die Manufacturing Company Limited,Changchun 130013）Abstract ：This paper introduces the design process of production line beat in the process planning of automaticwelding line,and focuses on the content and method of key steps,such as the determination of cycle time,the design of beat and simulation verification.From the point of view of industrial engineering,this paper outlines the method of beat optimization of automatic production line,and explains how to realize the beat optimization in the process of welding line planning and design by combining with the actual characteristics of welding production.Finally,as a supplement,the paper introduces the beat design and optimization method of manual operation station in automatic welding line.Key words:Welding line,Design and optimization of the beat,Process planning,Industrial engineering作者简介：张晓龙（1989—），男，工程师，学士学位，研究方向为焊装制造技术。
对仿真软件Tecnomatix的认知
对仿真软件Tecnomatix的认知1.1 Tecnomatix 在汽车焊装领域的应用汽车白车身生产面临的主要问题是能否及时将产品设计转化成目标产能。
由于涉及的设备种类、专业门类众多，多因素互为设计前提，从规划设计到施工投产需要进行多次反复。
数字化工厂环境为工艺人员提供了一个试错的虚拟环境，预见可能遇到的问题并解决，Tecnomatix 的大致项目流程如下图所示：工作的目标是得到符合产能要求的生产线，总体思路是施工实施前必须先在虚拟环境中对方案进行验证模拟，经反复修改确认后再施工，现场实施后再将实际的情况反馈到虚拟环境中，以便持续改进和管理。
Tecnomatix数据分成两部分，项目的逻辑关系和信息存于Oracle 数据库，与之关联的其他各种文档保存在sysroot 的网络存储中供所有用户共享。
工作从在PD 中新建空白项目树开始，项目树用于存储和管理项目中所有对象的逻辑关系，它具有如同windows 资源管理器般的层级结构，具体结构和节点类型完全由使用者根据需要定义。
由于基于Oracle后台，项目树不仅是平面结构，理论上它的任意节点间都可以产生关联关系。
对项目简单的描述是：（1）创建具有合理细节的虚拟环境和各种对象的信息内容；（2）使用各种工具对要求的指标进行试错/仿真/验证；（3）输出用于施工、管理的各种文档；（4）实际工程实施。
各阶段的循环协调始终贯穿其间。
1.2 规划工作规划的起点是汽车白车身CAD模型和加工特征（焊点、焊缝、涂胶信息、螺柱），目标是给定的生产纲要，在规划设计过程中工艺人员涉及到四大类对象：建立设施使用的资源、要加工的零件、决定零件如何加工的加工特征、加工零件的操作过程。
规划的主要工作就是确定这四种要素的合理配置和关系，通过Oracle 数据库Tecnomatix 可以保存并随时向用户显示出其相关关系。
操作处于四种要素的核心位置，它决定了用什么做、如何做、做什么、什么时候做，它是各种对象的交汇点，如下图所示。
关于白车身装焊夹具的设计及点焊机器人的焊接仿真分析
关于白车身装焊夹具的设计及点焊机器人的焊接仿真分析葛国华【摘要】整车产品想要实现质量和生产效率的稳步提升,离不开白车身焊接技术的帮助,其对于整车质量有着至关重要的影响作用,同时对整车产品设计及其行驶安全等也同样起到了直接的正向影响.在此背景下,本文将从简单介绍白车身及焊装夹具入手,以左前纵梁轮罩分总成为例,简要分析研究白车身装焊夹具的设计及点焊机器人的焊接仿真,希望能够为相关研究人员提供必要参考.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】2页(P44-45)【关键词】白车身;装焊夹具;点焊机器人;焊接仿真【作者】葛国华【作者单位】浙江农业商贸职业学院【正文语种】中文在轿车白车身焊装夹具的设计当中，最为重要的部分便是白车身左前纵梁轮罩分总成，其焊装夹具设计直接影响这后续的焊接工作。
而在白车身焊接当中，又以点焊技术使用最为频繁。
因此本文将通过从主要指标、逻辑结构以及典型结构等出发，对左前纵梁轮罩分总成的三维夹具设计进行分析，并在此基础之上配合相应的仿真软件，利用虚拟建模的方式对点焊机器人的焊接仿真进行分析。
所谓的白车身指的就是未进行涂装以及内饰件总装的车身，通常是由装焊的薄板冲压零件冲压件构成，也就是在安装之前四门两盖的车身骨架。
其作为轿车子系统包括电气、行驶、动力系统等在内的重要载体之一，不仅直接影响着轿车的外观质量，同时也对轿车的动力、舒适、平顺等性能有着至关重要的影响。
在轿车总车的生产制造当中，白车身的制造技术显得尤为重要。
装焊夹具则指的是在装焊阶段当中所用夹具，鉴于其在规格方面尚未统一，因此并不是一种标准化的设计与制造工艺设备，不同车型、不同结构特点、不同生产条件等需要的装焊夹具也各不相同。
但总体来说，一般的装焊夹具主要包括定位件和夹紧件、支撑件和限位件、基础件以及传动件+源动件，依照具体要求对各零部件位置进行明确，而后通过适当调整焊点与焊缝从而顺利完成焊接工作。
基于RobotStudio_的机器人饮料装箱流水线设计仿真
2.3 码垛机器人
本文码垛设计为 1 层 9 箱，分布为 3 行 3 列。与抓取
过程的单坐标变换不同，码垛需要对 3 个坐标都进行偏移变
换。通过整除和取余算法计算本次放置位置的层数、行数和
列数后，运用 MoveJ offs（point，x，y，z）对目标点进行移
动变换以达到码垛效果。
坐标偏移算法如公式（1）所示。
通过 RobotStudio 创建 1 个新的工作站，从导入模型库 中选取传送带、安全围栏、控制柜导入工作站，布局调整 后从“ABB 模型库”中选取 IRB2600 型机器人分别放至对 应加工点，调整工作站中各模型的位置，避免出现机械臂
开始
建立工作站
导入机器人模型
布置工作站
否 调试是否成功
是
结束
编写程序
RobotStudio 是一款较为简单的 ABB 工业机器人仿真 软件，它提供了直观的图形用户界面，方便用户进行机 器人建模和编程 [2]。在仿真环境中，用户可以根据实际工 作场景和需求，进行多次试验和优化，以确定最佳的机器 人仿真程序。还可以对机器人进行多次测试和验证，以 保证其在实际操作中具有良好的安全性和可靠性 [3]。使用 RobotStudio 进行仿真试验可以避免在实际生产环境中进行 测试，从而降低测试成本，缩短测试时间。
中国新技术新产品 2024 NO.2（下）
高新技术
基于RobotStudio的机器人饮料装箱流水线
设计仿真
范鹏旭 董伽豪 顾天宇 顾云阳 庄泽杨 （南京工程学院自动化学院，江苏 南京 211167）
摘 要 ：随着机器人技术的发展，机器人化工厂越来越普遍。使用工业机器人代替人工，既能提高生产效率，
关键词 ：工业机器人 ；流水线设计 ；自动化生产 ；RobotStudio ；Smart 组件
机器人视觉引导在焊装车间的应用
46 ・工艺与装备 2020-08/自动化与输送AUTOMATIION AND DELIVERY理系统根据数字化信号进行运算获取目标特征，根据逻辑判断的结果来控制现场机器设备的动作，进行各种装配或者检测报警缺陷产品。
如图1所示，经过标定的视觉引导系统对目标零件拍照，利用目标图像上至少4个非共线特征点的图像坐标，确定目标与相机间的相对位置。
利用目标上特征点间的几何关系表示物体的结构和形状，并通过提取物体特征在模型和图形之间建立起对应关系，计算出物体空间位置的坐标后，机器人按照计算空间坐标位置进行取件。
2.系统构成机器人视觉引导系统主要由机器人、视觉系统控制柜和测量传感器三大部分组成。
视觉系统的主要构成分为五个部分：照明、镜头、相机、图像采集卡和视觉处理器。
其中拍照摄像设备、图像传感器、视频信号数字化设备及视频信号处理器在应用上不断推陈出新，技术上从2D 到3D 正在不断进步。
焊装车间的典型应用方案1.机器人视觉引导抓件方案利用相机拍照，结合零件自身的三维信息，实现零件相对于初始状态的6个自由度（3个方向位置和3个方向旋转角度）精确定位；利用3D 引导X 、Y 、Z 位置偏移及角度偏转；采用结构紧凑、体积小的传感器；移动式安装在机器人6在某商用车焊装车间，库卡机器人结合ISV 视觉产品形成的机器人引导定位，可以完成从EMS 小车上抓取侧围的任务。
应用机器人视觉引导可有效控制系统稳定性和系统故障率，同时节约成本。
随着视觉引导技术的发展，可以更好地满足装配需求，保证产品的质量。
□ 奇瑞商用车（安徽）有限公司 吕家友 李金山 温强龙 孙锐机器人视觉引导在焊装车间的应用在汽车生产焊装车间，使用传统机器人抓手时需要将被抓物料放置在高精度定位工装上，一般要求定位精度达到±1 mm 。
当前合资车企和自主车企的自动化线体视觉引导系统已经大规模投入使用，见表1。
利用机器人视觉引导系统抓件，很好地解决了待抓取物料的高精度定位问题，大大简化了物料上件器具、物料输送EMS 等工装的设计，解决了多车型柔性化上料工具共用的难题，为实现无人AGV 智能物料配送奠定了基础。
利用SOLIDWORKS实现焊接机器人设计和仿真_何杏兴
2014年第12期47焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。
根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，具有生产效率高且产品品质稳定，劳动力成本低廉，操作环境好等优点，主要用于工业自动化领域。
随着社会的发展，我国已经出现了人口老龄化，劳动力成本不断上升。
随着国内外机械行业竞争的不断加剧，对产品的质量要求更严格，焊接方式也急需由传统的手工焊接逐渐由传统的人工焊接转变向机器人焊接。
国外厂商如FANUC、OTC、ABB和KUKA等对焊接机器人的研究较早，已经形成了系列化产品并投放占领大部分的国内外市场份额。
国内在近几年才开始进行机器人技术的研究，起步较晚，机器人的性能和技术都和国外厂商有一定的差距。
因此，国内市场也需要在借鉴国外同类型焊接机器人优点的基础上，立足于现有的加工制造业水平，从解决实际问题的角度出发，研究开发出满足中小企业实际需要的经济型可靠型焊接机器人。
SOLIDWORKS2014是由美国SOLIDWORKS公司研究开发的基于造型的三维机械设计软件，其特点是易学易用，在企业内部推广成本低，SOLIDWORKS Motion是嵌在SOLIDWORKS中的运动仿真模块，依托其强大的运动分析功能，能比较精确地对焊接机器人进行工件运动位置及运动参数的计算，并以动画的形式计算出虚拟现实的动画演示，能很直观地解决六自由度焊接机器人的运动规律问题。
通过建立虚拟仿真环境进行机器人的仿真实验研究，可以大幅度降低实验成本，提高实验效率，在运动状态下进行运动仿真，能有效地检查机器人本体结构设计的合理性等，对实际样机的设计具有重要的参考和指导价值。
一、机器人本体结构设计1.机器人设计参数根据各种工况，焊接机器人可设定不同的运行程序，在工作状态中兼备高速动态响应和良好的低速稳定性的优点，在控制性能方面可以实现连续轨迹控制和点位控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Z
X
仿真结果输出
机器人工具安装截图
MC060_R1
焊枪号rtc_c0549
机器人工具安装截图
UR010
UR010_L3 rbc10105s UR010_L2 UR010_L1 rbc10101s
rbc10092s
机器人焊接姿态截图
MC040_R1
机器人焊接姿态截图
MC050_R1
机器人离线编程
常用机器人
需要准备的数据
● 车3D数模：每个上件总成做成一个3D文件； ● 夹具、抓具、滚床及滑橇或往复杆等3D数据； ● 焊枪3D数据； ● 焊点3D数据，或坐标值； ● Layout（工位布局）2D或工位尺寸数值； ● 机器人型号； ● 工位信息：机器人数量、动作要求等。 注： 3D格式要求：CATpart（V5R17以下版本）或igs（体的形式） 2D格式要求：dxf、dg
大C枪 大C枪
大X枪
机器人焊枪选型
UB线
立面焊点选择C型枪 或P型枪
上下两侧平面焊点选 择必须选择P型枪
机器人焊枪选型
焊枪干涉检查
Ngs_ mc040
焊点10246、10247需要偏8度焊接。无法调转动静电极臂，因机器人达到极限
ur020
该气缸绕定位销转30度 左右定位器
Raumpunkt空间点 Roboterbahn ohne Verschleifen 机器人轨迹没有磨 平 Schweiß punkt 焊点
Roboterbahn mit Verschleifen 带有逼近距离的机 器人轨迹 Schweiß punkt焊点
Vorrichtung 夹具
机器人位置选择
机器人放置在蓝色 点区域可以满足机 器人焊接所有焊点
仿真注意事项
GM_FANUC带绝缘的机器人要比标准机器人第六轴轴向长 R2000iB_if210F：23mm。 M900iA系列： 25mm。
同一项目尽量统一相似的焊枪，以减少焊枪种类。
BMW焊接参数要求
电极杆直径 电极帽直径16mm、20mm。 电极头端面直径6mm、8mm
焊装机器人仿真
机器人仿真软件
ROBCAD
IGRIP
DELMIA
FANUC ROBOGUIDE
KUKA SIM
NACHI AXonDesk
ROBCAD
FANUC ROBOGUIDE
IGRIP KUKA SIM
DELMIA NACHI AXonDesk
仿真工作流程
仿真各阶段任务
第一阶段：仿真阶段 机器人可达性检查，确认夹具、焊钳 及确定焊点和平衡节拍等； 第二阶段：完善路径阶段 机器人轨迹的优化，工位录像； 第三阶段：离线编程阶段 使用机器人控制器优化轨迹，找出等 待区域，添加指令，导出离线程序和校准 程序。
机器人负载分析 Payload
KUKA负载计算：
FANUC负载计算：
对机器人抓手设计的两点优化建议：
● 减重 抓手重量要保证在机器人可承载重量的50%以下； 尽可能简化结构； 减小型材壁厚和支座尺寸； 梁架适当打孔，并尽可能选择铝合金材料。 ● 法兰盘位置选择 抓手（带有工件的抓手）的重心尽可能靠近法兰盘中心 的垂直线，并减小法兰盘到重心的垂直距离。