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隨著國(guó)內(nèi)航天事業(yè)飛速發(fā)展、國(guó)際衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)周期、制造成本，提出了更高的要求。為了適應(yīng)這種形勢(shì)，設(shè)法提高焊接接頭質(zhì)量及保證焊接接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性、生產(chǎn)周期已成為當(dāng)務(wù)之急。機(jī)器人的柔性優(yōu)勢(shì)正是解決這種矛盾的良好方案。
目前機(jī)器人焊接存在的問(wèn)題：
為滿足焊接質(zhì)量的要求，對(duì)每一段都需要選擇其中一條焊縫進(jìn)行機(jī)器人編程。目前采用的編程方式為示教編程。操作人員利用示教盒控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使焊槍到達(dá)完成焊接作業(yè)所需位姿，并記錄下各個(gè)示教點(diǎn)的位姿數(shù)據(jù)。隨后機(jī)器人便可以在“再現(xiàn)”狀態(tài)完成這條焊縫的焊接。
根據(jù)前期的試驗(yàn)，目前存在以下兩方面問(wèn)題：
（1）示教精度不穩(wěn)定，影響焊接質(zhì)量
在示教過(guò)程中，編程效果受操作人員水平及狀態(tài)的影響較大。示教時(shí)，應(yīng)盡量保證示教點(diǎn)在焊縫軌跡上，保證合適的焊槍高度，并且要保證焊槍姿態(tài)的連續(xù)變化，對(duì)操作人員的水平要求很高。另外，操作人員長(zhǎng)時(shí)間處在高度精神集中的狀態(tài)，很難保證每個(gè)示教點(diǎn)的準(zhǔn)確。從而使最終的編程精度變得不穩(wěn)定，有時(shí)還會(huì)發(fā)生焊槍與工件相碰等問(wèn)題。
（2）編程時(shí)間長(zhǎng)，焊接效率低
為了保證軌跡的精度，通常在 100mm 的焊縫上,需要示教 50 個(gè)點(diǎn)，以保證焊接機(jī)器人運(yùn)行平滑及收弧點(diǎn)位置的一致。在每段的在線示教與編程中，需要 2 小時(shí)的時(shí)間，約需 25 個(gè)工作日，加大了總焊接時(shí)間。因此，如何提高編程的效率及精度，縮短產(chǎn)品總的焊接時(shí)間，提高焊接質(zhì)量成為需要迫切解決的問(wèn)題。
機(jī)器人焊接離線編程技術(shù)：
目前的機(jī)器人編程可以分為示教編程與離線編程兩種方式。在機(jī)器人所要完成的任務(wù)不很復(fù)雜，以及編程時(shí)間相對(duì)于工作時(shí)間來(lái)說(shuō)比較短的情況下，示教編程是有效可行的，但在許多復(fù)雜的作業(yè)應(yīng)用中不是令人滿意。
?機(jī)器人離線編程的特點(diǎn)：
機(jī)器人焊接離線編程及仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的成果，在計(jì)算機(jī)中建立起機(jī)器人及其工作環(huán)境的模型，通過(guò)對(duì)圖形的控制和操作，在不使用實(shí)際機(jī)器人的情況下進(jìn)行編程，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)器人程序。與傳統(tǒng)的在線示教編程相比，離線編程具有如下優(yōu)點(diǎn)：
◇減少機(jī)器人不工作的時(shí)間；
◇使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境；
◇便于修改機(jī)器人程序；
◇可結(jié)合各種人工智能等技術(shù)來(lái)提高編程效率；
◇便于和 CAD/CAM 系統(tǒng)結(jié)合，做到 CAD/CAM/Robotics一體化。
因此，機(jī)器人焊接離線編程及仿真是提高機(jī)器人焊接系統(tǒng)柔性化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是現(xiàn)代機(jī)器人焊接制造業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
?機(jī)器人離線編程技術(shù)的現(xiàn)狀：
目前國(guó)際市場(chǎng)上已有基于普通PC機(jī)的商用機(jī)器人離線編程軟件。 如Workspace、 ROBCAD、 IGRIP等。
Workspace 是 Robot Simulations 公司開發(fā)的第一個(gè)商品化的基于微機(jī)的機(jī)器人仿真與離線編程軟件。該軟件最新版本采用了 ACIS 作為建模核心，與一些基于微機(jī)的 CAD 系統(tǒng)如 AutoCAD做到了很好的數(shù)據(jù)交換。
ROBCAD 是美國(guó) Tecnomatix 公司1986年推出的機(jī)器人 CAD 及仿真系統(tǒng)。短短幾年內(nèi)，ROBCAD已在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，美國(guó)福特、德國(guó)大眾、意大利菲亞特等多家汽車公司、美國(guó)洛克希德宇航局都使用 ROBCAD進(jìn)行機(jī)器人生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、仿真和離線編程。 美國(guó)另一個(gè)著名的機(jī)器人離線編程與仿真軟件包是 IGRIP，它是美國(guó) Deneb Robotics公司推出的交互式機(jī)器人圖形編程與仿真軟件包， 主要用于機(jī)器人工作單元布置、 仿真及離線編程。 IGRIP可在 SGI、HP、SUN 等工作站上運(yùn)行。IGRIP 軟件分為三個(gè)部分：IMS、GSL、CLI。此外，它還通過(guò)一個(gè)共享庫(kù)為用戶提供一些更高級(jí)的功能。
國(guó)內(nèi)在機(jī)器人焊接離線編程方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等單位開展了研究工作。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)在十幾年前便開展了研究工作，研究水平在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，相繼開發(fā)出了 RAWCAD 等機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)，并在一些產(chǎn)品上得到了應(yīng)用。
機(jī)器人離線編程與仿真解決方案：
開發(fā)基于 SolidWorks 平臺(tái)的弧焊機(jī)器人離線編程與仿真系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的離線編程工作。
工作流程如下：
1) 建立噴管模胎與管子的 CAD 模型及機(jī)器人模型；
2) 對(duì)焊縫進(jìn)行分段并編號(hào)，并針對(duì)每一段焊縫，利用離線編程系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)編程，包括焊槍軌跡的規(guī)劃、焊槍姿態(tài)的規(guī)劃；
3) 對(duì)編程結(jié)果進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)規(guī)劃的位姿進(jìn)行修正；
4) 對(duì)機(jī)器人坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)定，使其與離線編程系統(tǒng)中的坐標(biāo)系一致；
5) 將離線編程得到的程序轉(zhuǎn)換成 Motoman 機(jī)器人程序，并通過(guò)通訊接口或 CF 卡導(dǎo)入到機(jī)器人控制器中。
6) 機(jī)器人利用離線編制的程序完成工件的焊接
實(shí)例 1 標(biāo)定
三點(diǎn)標(biāo)定法分別用到實(shí)際工件的三個(gè)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)和虛擬工件的三個(gè)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)。其中，標(biāo)簽點(diǎn)(X)為標(biāo)定用坐標(biāo)系的 x 軸上的一點(diǎn)，標(biāo)簽點(diǎn)(Y)為標(biāo)定用坐標(biāo)系的 y 軸上的一點(diǎn)，標(biāo)簽點(diǎn)(o)為標(biāo)定用坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。
進(jìn)行實(shí)際機(jī)器人的示教，將機(jī)器人焊槍示教到工件的三個(gè)特征點(diǎn)處，記錄在三個(gè)特征點(diǎn)處機(jī)器人關(guān)節(jié)角的大小，保存到文件中。再將此三組機(jī)器人關(guān)節(jié)角文件改寫為機(jī)器人程序文件，然后利用“編程器”的程序上載功能上載到離線編程系統(tǒng)中，在“編程器”中控制機(jī)器人單步運(yùn)動(dòng)，每運(yùn)動(dòng)到一點(diǎn)就將機(jī)器人末端的位置記錄到相應(yīng)的點(diǎn)中。
由于采用離線編程，編程時(shí)不影響焊接機(jī)器人的正常生產(chǎn)。而且離線編程系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)編程器， 焊槍位置點(diǎn)的選取及焊槍姿態(tài)的過(guò)渡會(huì)很平滑， 編程精度會(huì)提高。 編程人員通過(guò)仿真系統(tǒng)，能夠很直觀地檢查編程結(jié)果，并可以進(jìn)行人工修正。所以采用這樣的離線編程系統(tǒng)，能夠提高編程效率，減輕編程員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率及產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。
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