汽车领域焊接机器人与“中国制造2025”

汽车领域焊接机器人实际应用

与“中国制造2025”

小组成员：xxxxx

指导老师：xxx

摘要

本篇论文围绕“中国制造2025”讲解了工业机器人在汽车制造领域的应用，尤其是工业机器人在汽车焊接领域的应用。第一章主要是简单描述了国内外工业机器人在汽车领域的应用现状。第二章具体的讲解了焊接机器人在汽车生产过程中的实际应用；通过在焊接点的轨迹规划、车身焊接、焊点分配、以及焊接系统的应用讲述了工业机器人在汽车焊接领域的重要性。最后总结了工业机器人在未来汽车行业中的作用，以及对“中国制造2025“的深远影响。

关键字：“中国制造2025”、焊接机器人、自动焊接系统

Abstract

This thesis focuses on the application of industrial robot in the field of automobile manufacturing, especially the application of industrial robot in the field of automobile welding, which is based on the "made in China 2025". The first chapter mainly describes the application of industrial robots in the automotive field. In the second chapter, the practical application of welding robot in the process of automobile production is described. The importance of industrial robot in the field of automobile welding is described through the application of the path planning, body welding, welding joint distribution and welding system. The role of industrial robots in the future automobile industry as well as the profound influence of "made in China" in the future are summarized in the end.

【Keywords】："Made in China 2025" plan welding robot

Automatic weld system

目录

汽车领域焊接机器人实际应用与“中国制造2025”................................................................ I 摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract ..................................................................................................................................... II 第1章绪论 . (1)

1.1中国制造2025与汽车领域机器人联系 (1)

1.2 汽车领域工业机器人国内外应用现状 (2)

1.2.1 国外工业机器人在汽车领域的应用 (2)

1.2.2 国内工业机器人在汽车领域的应用 (2)

1.3本章小结 (3)

第二章焊接机器人在汽车生产过程中的实际应用 (4)

2.1.1 引言 (4)

2.1.2焊接机器人发展及类型 (4)

2.2 机器人在车身焊接生产线中的应用 (9)

2.2.1 工件焊接 (9)

2.2.2 工件夹持 (9)

2.2.3工件搬运 (9)

2.2.4焊点检测 (10)

2.3汽车焊接机器人的车身工艺规划 (10)

2.4通过人的参与使机器人对焊点分配规划 (11)

2.4.1 旅行商问题 (11)

2.4.2 焊接领域对于旅行商方法的运用 (11)

2.5机器人焊接系统的常见应用方式 (14)

第三章总结 (17)

3.1 焊接机器人的作用 (17)

3.2 焊接机器人在汽车工业的应用趋势 (17)

参考文献 (18)

第1章绪论

1.1中国制造2025与汽车领域机器人联系

中国制造2025是2015年3月5日，十二届全国人大三次会议在人民大会堂举行开幕会，国务院总理李克强作政府工作报告上提出来的。李克强说，推动产业结构迈向中高端。制造业是我们的优势产业。要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。如图1-1所示。

图1-1 中国制造2025

“中国制造2025”提出了我国制造强国建设三个十年的“三步走”战略，是第一个十年的行动纲领。“中国制造2025”应对新一轮科技革命和产业变革，立足我国转变经济发展方式实际需要，围绕创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展、人才为本等关键环节，以及先进制造、高端装备等重点领域，提出了加快制造业转型升级、提升增效的重大战略任务和重大政策举措，力争到2025年从制造大国迈入制造强国行列。

在“中国制造2025”的响应下下，汽车属于在民营工业里是最重要的，因为它涉及材料、能源、机械、电子、信息等等，市场巨大，拉动力极强，所以国家战略不应该以能力定方向，而应以需求为衡量标准。制造业的转型升级必须包括汽车产业，并应把汽车作为龙头来抓。《21世纪》：在规划中，关于汽车部分，核心思想是，要利用“中国制造2025”这个契机，把汽车纳入到国家的战略产业中，以期将自主品牌做强。

“中国制造2025”的核心是，把中国的制造业做强。而中国制造业做强应该有一个载体和抓手，所以汽车专家组认为，汽车既是最好，又是最难的切入点。

事实上，德国工业4.0也是以汽车业为切入点的。它由德国工程院牵头，以弗劳恩霍夫协会作为顾问，宝马、西门子、博世等汽车相关企业都参与其中。

德国选择以汽车为载体推行工业4.0的原因主要有两个：第一，工业4.0的核心就是实现智能制造。智能制造越是在产业链复杂、消费者个性化需求高的产业实现，其价值和效果也就越大。而汽车正是这样的产业。第二，汽车的关联性、带动性强，德国认为如果汽车业实现了工业4.0，对整个制造业的转型都将有绝对的引领和示范作用。未来中国制造业要想有大突破，如果汽车不能做强，那么会非常困难。像装备制造业产出的机床，材料和工艺方面的进步，电子信息技术的发展，都可以在汽车上找到“用武之地”，而且这些相关产业也必须做强才能最终造出好车。所以，从国家战略高度出发，我们认为必须把汽车列入“中国制造2025”里，即使现在汽车还比较弱，但作为龙头，也作为载体，未来一定要做强。最终这些意见也得到了认可。

1.2汽车领域工业机器人国内外应用现状

汽车生产的四大工艺以及汽车关键零部件的生产都需要有工业机器人的参与。在汽车车身生产中，有大量装配、焊接、搬运、包装，检测等应用，这一些目前均由工业机器人参与完成，特别是焊接线，一条焊接线就有大量的工业机器人，自动化的程度相当的高。在汽车内饰件生产中，则需要表皮弱化机器人，发泡机器人，最后的产品切割机器人。由于汽车车身的喷涂由于工作量大，危险性强，通常都会采用工业机器人代替。所以，完成一辆汽车的制造，需要的机器人相当多，工业机器人已成为汽车生产中关键智能化设备。工业机器人在汽车产业中的重要地位。

1.2.1国外工业机器人在汽车领域的应用

当前，工业机器人的应用领域主要有弧焊、电焊、装配、搬运、喷漆、检测、研磨抛光和激光加工等复杂作业。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化智能装备，即将成为制造业无法替代的高科技、高效率装备。十几年来，全球工业机器人需求快速扩张。

目前，国外上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，现已从传统制造业推广到其他制造业，从而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造业。但汽车工业仍是工业机器人的主要领域。据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37%，用于汽车零部件的工业机器人约占24%。

1.2.2 国内工业机器人在汽车领域的应用

近几年我国工业机器人行业主要受汽车行业发展带动，未来将主要由“汽车+电子”双轮驱动。2000年以来，随着我国汽车行业新线不断投产，电子行业固定资产投资增速持续处于高位，工业机器人在我国应用数量得以迅速提升。

在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造（冲压、压铸、）、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。

据预计，我国到2025年，有5％-15％的制造业工人将被工业机器人取代，全球装机量年均增速为25％-30％，高于过去20多年的增长水平，但低于2011年和2012年的增速。数据显示，我国工业机器人需求快速增长：1999-2008年，安装量每年都以超过20％的速度增长，2010年，我国保有量为52290台，2011年为74317台，实现了42％的年增长。目前，实际保有量应已超过十万台。2008-2012年，我国工业机器人平均每年安装量约15000台，即使在全球经济萧条的2009年，销量也在逆势增长。2010年安装量为14978台、2011年为22027台、2012年为24800台。工业机器人在汽车装配车间工作情况如图1-2所示。

图1-2 工业机器人在汽车装配车间工作情况

1.3本章小结

本章主要介绍了“中国制造2025”与汽车行业的联系，并且围绕“中国制造2025”这个主题，介绍了国内外工业机器人在汽车领域的应用现状。

第二章焊接机器人在汽车生产过程中的实际应用

2.1.1引言

依据中国汽车工业协会统计数据，自2000年以来，中国汽车产销量年均增长率超过20%，远高于全球平均增长率；而且年生产量占全球汽车生产量的比重持续上升，2009年我国汽车产销量超过美国，成为全球汽车工业产销量第一的国家；根据预测，我国汽车消费市场仍会以较快的速度增长。

汽车市场的增长对汽车生产技术提出了更高的要求，催生工业机器人在汽车制造业中得到深入广泛的应用。据统计，近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。汽车工业生产中采用工业机器人技术，不仅可以节约人力，降低成本，提高设备利用率，提高产品的质量与产量，更重要的是它可以保障工人安全，改善工作条件，减轻劳动强度，减少人员风险，提高工作效率。在中国的汽车零部件生产中，多年来一直是由手工焊，专机焊占据焊接生产的主导地位，劳动强度大，作业环境恶劣，焊接质量不高，而且生产的柔性也很差，无法适应现代的生产需要。随着电子技术、数控及机器人技术的发展，焊接机器人用于生产的技术已日趋成熟，主要有以下优点：稳定、提高焊接质量，提高劳动生产率；改善工人劳动强度和条件；缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。在汽车零部件生产中，焊接机器人的大量使用，提高了零部件的自动化水平及生产效率，同时使生产更具有柔性，焊接质量得到保证，且机器人焊枪适合于多种高质量的生产方式。

工业机器人在汽车生产中的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程中都有广泛应用，具体在汽车车身焊装生产线中的应用主要有：点焊、弧焊、搬运、装配、检测等。工业机器人已经成为具有柔性制造系统、计算机集成制造系统的主要自动化工具。在发达国家，工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。

2.1.2焊接机器人发展及类型

(1)焊接机器人的发展

近十多年来微电子学、计算机科学、通信技术和人工智能控制的迅猛发展，为先进制造技术水平的提高带来了前所未有的机遇。焊接机器人是机电一体化的高科技成果，它对制造技术水平的提高起到了推动作用。自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，1996年底全世界已有大约68万台工业机器人投入生产应用，这其中大约有半数是焊接机器人。随着现代高技术产品的发展和对焊接产品质量、数量的需求不断提高，以焊接机器人为核心的焊接自动化技术已有长足的发展。

焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产方式，并且实现了在一条焊接机器人生产线上同时自动生产若干种焊件。

从20世纪60年代诞生和发展到现在，焊接机器人可大致分为三代。第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人，由于其具有操作简便、不需要环境模型、示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在焊接生产中得到大量使用。第二代是指基于一定传感器信息的离线编程焊接机器人，得益于焊接传感器技术的不断改进，这类机器人现已进入应用研究的阶段。第三代是指装有多种传感器，接受作用指令后能根据环境自行编程的高度适应性智能焊接机器人，由于人工智能技术的发展相对滞后，这一代机器人正处于试验研究阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的示教再现型向智能化的方向发展，成为科研人员追求的目标。

焊接机器人的主要优点有：①稳定和提高焊接质量，保证其均匀性；

②提高劳动生产率；

③改造工人劳动条件；

④降低对工人操作技术的要求；

⑤缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设

备投资；

⑥可实现小批量产品的焊接自动化；

⑦能在空间站建设、核能设备维修、深水焊接等

极限条件下完成人工难以进行的焊接作业；

⑧为焊接柔性生产线提高技术基础。

目前，国内外已有大量的焊接机器人系统应用于各类自动化生产线上，据1996年底的不完全统计，目前中国已有500台左右的焊接机器人分布于各大中城市的汽车、摩托车、工程机械等制造业，其中55％左右为弧焊机器人，45％左右为点焊机器人。这焊接机器人系统从整体上看基本都属于第一代的任务示教再现型，功能较为单一，工作前要求操作者通过示教盒控制机器人各关节的运动，采用逐点示教的方式来实现焊枪空间位姿的定位和记录。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设定的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制的功能，这类焊接机器人对作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏“柔性”，表现出不具备适应焊接对象和任务变化的能力；对复杂形状的焊接编程效率低，占用大量生产时间；不能对焊接动态过程实时检测控制，无法满足对复杂焊件的高质量和高精度焊件要求等明显缺点。

在实际焊接过程中，作业条件是经常变化的，如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均。为了克服机器人焊接过程中各种不确定因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求焊接机器人的在线调整和焊缝质

量的实时控制，为了达到上述目标，科研人员围绕机器人焊接智能化展开了广泛的研究工作。

(2)焊接机器人的分类

①按用途分类

1) 弧焊机器人由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5～50mm/s，轨迹精度约为±0.2～0.5mm，由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此，希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大。

2) 点焊机器人汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，在装配每台汽车车体时，大约60％的焊点是由机器人完成。最初，

点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊接作业。

②按结构坐标系来分

1) 直角坐标型这类机器人的结构和控制方案与机床类似，其到达空间位置的三个运动（x、y、z）是由直线运动构成（见图1），这种形式的机器人优点是运动学模型简单，各轴线位移分辨率在操作容积内任一点上均为恒定，控制精度容易提高；缺点是机构庞大，工作空间小，操作灵活性较差。简易和专用焊接机器人常采用这种形式。

2) 圆柱坐标型这类机器人在基座水平转台上装有立柱，水平臂可沿立柱作上下运动并可在水平方向伸缩（见图2）。这种结构方案的优点是末端操作可获得较高速度，缺点是末端操作器外伸离开立柱轴心愈远，其线位移分辨精度愈低。

3) 球坐标型与圆柱坐标结构相比较，这种结构形式更为灵活。但采用同一分辨率的码盘检测角位移时，伸缩关节的线位移分辨率恒定，但转动关节反映在末端操作器上的线位移分辨率则是个变量，增加了控制系统的复杂性（见图3）。

4) 全关节型全关节型机器人的结构类似人的腰部和手部，其位置和姿态全部由旋转运动实现（见图4），其优点是机构紧凑，灵活性好，占地面积小，工作空间大，可获得较高的末端操作器线速度；其缺点是运动学模型复杂，高精度控制难度大，空间线位移分辨率取决于机器人手臂的位姿。

③按受控运动方式来分

1) 点位控制（PTP）型机器人受控运动方式为自一个定位目标移向另一个点位目标，只在目标点上完成操作。要求机器人在目标点上有足够的定位精度，相邻目标点间的运动方式之一是各关节驱动机以最快的速度趋近终点，各关节视其转角大小不同而到达终点有先有后；另一种运动方式是各关节同时趋近终点，由于各关节运动时间相同，所以，角位移大的运动速度较高。点位控制型机器人主要用于点焊作业。

2) 连续轨迹控制（CP）型机器人各关节同时作受控运动，使机器人终端按预期的轨迹和速度运动，为此各关节控制系统需要实时获取驱动机的角位移和角速度信号。连续控制主要用于弧焊机器人。

④按驱动方式来分

1) 气压驱动使用压力通常在0.4～0.6MPa，最高可达1MPa。气压驱动的主要优点是气源方便，驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低，易于保养；主要缺点是功率质量比小，装置体积小，定位精度不高。气压驱动机器人适用于易燃、易爆和灰尘大的场合。

2) 液压传动液压驱动系统的功率质量比大，驱动平衡，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速；其主要缺点是易漏油，这不仅影响工作稳定性与定位精度，而且污染环境，液压系统需配备压力源及复杂的管路系统，因而，成本也较高。液压驱动多用于要求输出力较大、运动速度较低的场合。

3) 电气驱动电气驱动是利用各种电动机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，以获得机器人要求的运动。由于具有易于控制、运动精度高、使用方便、成本低廉、驱动效率高、不污染环境等诸多优点，电气驱动是最普遍、应用最多的驱动方式。电气驱动又可细分为步进电机驱动、直流电机驱动、无刷直流电机驱动和交流伺服电机驱动等多种方式。后者有着最大的转矩质量比，由于没有电刷，其可靠性极高，几乎不需任何维护。20世纪90年代后生产的机器人大多采用这种驱动方式。

（3）焊接机器人的系统组成

机器人要完成焊接作业，必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接要机器人系统一般由机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制计算机和相应的完全设备等几部分组成（见图5）机器人操作机是焊接机器人系统执行机构，它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动。变位机作为机器人接生产线及接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转到最佳的焊接位置，通过夹具来装卡和定位，对焊件的不同要求决定了变位机的负载能力及其运动方式。控制器是整个机器人系统的神经中枢，负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动

作。

典型的焊接机器人控制系统结构如图6所示。

2.2机器人在车身焊接生产线中的应用

2.2.1 工件焊接

工件焊接是目前最大的工业机器人应用领域。由于汽车制造业对许多构件的焊接精度和速度等指标提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工作；此外，焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害，因此，焊接过程的完全自动化已成为重要的研究课题，其中，最为重要的就是要应用焊接机器人。现在工业生产中，各种焊接工艺和过程都可以使用工业机器人来执行，以取代使用工人在实际恶劣的焊接环境下工作。机器人在点焊和弧焊过程中的应用最为广泛，在其他一些工艺焊接过程中的应用还处在起步或摸索的阶段。

2.2.2工件夹持

在汽车生产制造领域，机器人除了在焊接工艺过程中有主要应用之外，还在工件加持定位中有着广泛的应用。在实现汽车车身焊接生产的焊装车间中，要实现车身工件高质量的焊接，就要求必须对焊接过程进行准确的控制，一方面要求焊接机器人对焊钳的姿态和运动轨迹进行准确控制，另一方面要求各种夹具对待焊接工件进行夹持定位。夹具种类很多，大部分的专用夹具只能用来实现非移动工件的定位，但不能实现移动工件的定位，这需要采用夹持机器人（一种将工业机器人同小型夹具结合起来的，具有实现工件的定位和运动功能的机器人）才能实现。

2.2.3工件搬运

在汽车车身焊装生产车间，焊接前物料的搬运与转移是一项很繁琐的任务，这大部分都由专用叉车来完成，但专用叉车做的工作主要是将大量工件从储存车间搬运到焊装生产线的两侧，将工件从生产线的两侧搬运到生产线上的焊接夹具上以及工件在顺序工位夹具上的传递工作都需要由动作灵活的工业机器人来完

成，这不仅提高了生产效率，又减轻了工人的劳动强度。在自动化程度较低的车身焊装生产车间里，这项工作都要通过人工来完成。

2.2.4焊点检测

为了保证车身的整体焊接质量，在车身焊接的过程中或整个焊接工作完成之后，需要对车身上的一些重要部位的焊缝进行检查，又称焊缝检测。焊缝位置和形状的复杂性给检测工具的适应性提出了要求。在自动化程度很高的焊装生产线上，可以使用动作灵活的机器人代替工人携带专用的检测装置进行焊缝检测，一般的机械装置就很难像机器人那样执行这一任务。如图2-1为北汽车身焊接现场。

图2-1北汽车身焊接现场

2.3汽车焊接机器人的车身工艺规划

机器人自动化焊接工位是组成车身焊装自动线的最基本、重要的单元。准确地选择机器人、焊钳型号等设备，设计和验证工位和整线的工艺规划方案，是焊装自动线工艺规划的目的。

在汽车车身制造中，焊接是应用最多的连接方式，其中电阻焊占焊接工作量的70%以上，主要形式为点焊。据统计，一辆载货车身约2000多个焊点，一辆轿车车身约4000~5000个焊点。

用机器人实现车身自动线工艺规划特点有：

（1）高质量的工艺设计及优化。焊装自动线的工艺设计及优化是保证焊装节拍和白车身焊接整体质量的重要途径，包括设备选型、焊点分配、焊接方式（如点焊、中频焊接或激光焊接等）及生产节拍平衡等。

（2）高自动化率。提高自动线的自动化率可以在降低人工劳动强度的情况下，保证车身的焊接质量和生产节拍，国外已经实现白车身焊接工作量的90%以上由机器人完成。

（3）数字化验证技术。该技术是保证焊装自动线设计质量和工艺规划可行性的必要手段，可大大降低设计成本。为了保证设计质量，要求超过95%的实际制造过程被模拟和仿真，从而缩短调试与试运行时间。

在上述3大部分中可以看出在整个车身自动线工艺规划上，工业机器人起着重要的作用。首先就是要完成机器人对焊枪、修磨器等设备的选型，并最终确定各设备的布局安装；其次是仿真验证所有工位中每个机器人的制造过程，提高整条生产线的生产效率。

2.4通过人的参与使机器人对焊点分配规划

2.4.1旅行商问题

旅行商问题的一般描述为：旅行商从驻地出发，经过所有目的地一次后返回原地，应如何安排其旅行线路，才能使旅行距离（或时间、费用等）最少。旅行商问题存在多种类型的求解算法，其中包括穷举搜索法、动态规划法、遗传算法和启发式方法等。

但是它们都有它们各自的优缺点：

穷举搜索法的优点是找到的优化路径一定是全局最优的解，其致命缺点为惊人的计算开销。

动态规划法（Dynamic Programming Method）的主要特点是将一个问题分为若干互相联系的阶段，每个阶段进行决策优化。对于求解对象较多的情形，动态规划法的计算量十分巨大，往往难以付诸实践。

遗传算法（Genetic Algorithms）是借鉴自然选择和自然进化的原理，模拟生物进化过程所形成的一种优化求解方法，是具有“生存并检测”的迭代搜索算法。遗传算法具有很强的搜索能力，能以很大概率找到问题的全局最优解。但是群体规模过小则会影响解的精确程度。

启发式方法（Heuristics Method）是通过对经验的归纳推理以及试验分析来解决问题的办法，是建立在经验和判断的基础上，体现了人的主观能动作用和创造力。

2.4.2焊接领域对于旅行商方法的运用

焊接领域的旅行商算法是指一台机器人的工作原点位姿（即焊钳原点位姿）从作业原点出发，焊接所有焊点组，回到作业原点，求路程或时间最短。这是目前该领域路径规划最常用的方法。

结合车身焊接的特点，分析机器人焊接路径优化问题的特点如下：

（1）车身的焊点数量多，但经过焊点分组之后群体规模大大减少。

（2）从规划的需要出发，结合工程实际（如避免焊接机器人之间以及机器人与夹具、工件、支撑装置等固定设备的碰撞等问题）的修正因素，追求过高的精度没有意义（通常会被修正）。

（3）要求通过数学方法对问题进行较为合理的解答。

如图2-2所示，如本工位中所具有焊点分布图，在图中可以看出，焊点被分为上下两大部分，在下车身中所有的焊点又被分为3组，应用了第一条特点，将焊点进行分组。

应用旅行商算法，在规划机器人路径时将焊点尽可能均分布给同一侧的两个机器人，在划分焊点时并不是均分而是需要考虑以下3个方面：1）由于本工位是由多台机器人一起共同完成焊接任务，同时有3台机器人负责抓放抓手，所以首先保证尽可能的所有机器人在同一时间完成焊接任务，并保证本工位所需要的焊接时间最短。

2）结合不同机器人不同任务，将不需要抓放抓手的机器人多负责一部分焊点，保证作业时间均衡。

3）考虑机器人位姿，并不是每一组的焊点需要同一个机器人完成焊接，如图2-3所示，在本组焊点中，同一个机器人完成上下两侧焊点对于机器人的姿态会产生很大的变化，所以将本组焊点分为两组，以45°线为基准分为上下两部分，分别有2台机器人完成焊接任务。

a）

b）

a）车身侧围焊点分布b）车身顶盖焊点分布

图2-2多工位焊点分布图

至此完成了本工位机器人焊点分配，对于整条生产线，每个工位的分组，则由具体的工艺部门进行完成。

图2-3同一组焊点分配

2.5机器人焊接系统的常见应用方式

按照焊接机器人系统在汽车底盘零部件焊接的夹具布局的不同特点，及外部轴等外围设施的不同配置，焊接机器人系统可分为以下几种形式。

图2-4 滑轨+焊接机器人的工作站示意图

图2-4所示两套夹具固定在滑动小车上，由气缸驱动使装有工件的两个夹具轮流进入机器人焊接区焊接，操作人员在另一面上、下料。两个工作站交叉进行，使机器人焊接时间与工件上、下料时间同步，这种方式可以节约变位器旋转时间。双夹具滑轨形式的焊接机器人系统利用两副滑轨轮流为焊接机器人送料，可靠性较高，但对被焊工件的外形尺寸有一定限制，通常焊接工件直径小于0.6m。在桑塔纳后桥焊接生产线、POLO下摇臂焊接生产线上均有应用实例。

图2-5 单（双）夹具固定式+焊接机器人工作站示意图

图2-5所示该结构形式简单，夹具由变位机进行变位，来实现机器人焊枪不同位置的焊接。系统故障率低，但由于在装卸工件过程中机器人处于等待状态，因而机器人的利用效率一般低于80%，所以在新的焊接线上较少利用。该系统在帕萨特后桥焊接生产线及桑塔纳前悬挂焊接和生产线有成功应用。

图2-6 带变位机回转工作台+焊接机器人工作站示意图

图2-6所示该形式由两副夹具带变位器和一个转台组成，结构紧凑。两副夹具可以进行不同的焊接程序以实现不同的工艺要求。机器人在其中一副夹具上焊接工件时，操作工可以在另一副夹具上装卸工件，机器人的利用率较高，一般大于90%，是目前最广泛使用的一种形式。该系统在别克副车架焊接线、赛欧后桥焊接线、帕萨特副车架焊接线均有广泛应用。

图2-7 搬运机器人+焊接机器人工作站示意图

图2-7所示两部机器人之间的配合所体现的主要优点是能适应各种不规则焊缝的焊接。但缺点是由于两部机器人配合的不协调所导致的故障率较高。

图2-8 协调运动式外轴+焊接机器人工作站示意图

图2-8所示该形式运用较广泛。在实际焊接中环焊缝是常见的一种，而常见的变位器不能适应360°焊接，在这种情况下，协调式外轴与机器人相配合即可轻松实现360°以上环焊缝的焊接。在帕萨特后桥稳定杆焊接、波罗后桥总成焊接中均采用了该形式。