現(xiàn)在，機器人用戶對工業(yè)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(jù)客戶的這一需求，經(jīng)過幾年的探索和實踐，開發(fā)出了MINI型焊接機器人工作站（以下簡稱“mini-cell”）。

mini-cell的組成

焊接機器人在工業(yè)機器人應用領域占有最大的份額。由于汽車制造業(yè)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，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，最為重要的就是應用焊接機器人。機器人焊接工作站組成如圖1所示：

1.工業(yè)機器人

焊槍或作業(yè)工具的載體，實現(xiàn)弧焊作業(yè)時所需要的焊接位置、焊接姿態(tài)、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(xiàn)系統(tǒng)功能的設備。根據(jù)工件對焊接工藝的要求及用戶對生產廠家及焊接電源規(guī)格的喜好，使得焊接電源存在多樣性的選擇。常用電源如圖2所示。

3.輔助變位設備

為了實現(xiàn)焊接所要求的最佳焊槍姿態(tài)和焊槍位置，對機器人或夾具進行變位的設備。在mini-cell（見圖）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（見圖）。

4.工裝夾具

實現(xiàn)工件定位的關鍵設備。

5.電氣控制設備

系統(tǒng)運行的控制中心，是系統(tǒng)正常運行的保障。焊接工作站的電氣系統(tǒng)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(tǒng)、夾具和安全附屬系統(tǒng)。

6.系統(tǒng)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對比，其特點如下：

第一，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(xiàn)更多的焊接姿態(tài)，因而是mini-cell最優(yōu)的選擇。

第二，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500mm×500mm以內。

第三，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。

mini-cell工作站的應用

mini-cell的開發(fā)及應用已有幾年時間，根據(jù)實際應用，將一些經(jīng)驗與大家一起研究。

1. 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(huán)境中作業(yè)，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(qū)域，并且其運動區(qū)域內應該保證無干涉，這是焊接機器人安全管理最為重要的一條原則。對于mini-cell而言，由于空間更為緊湊，在機器人運動區(qū)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(qū)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（見圖5），并帶好鑰匙，防止其他人關門上鎖啟動系統(tǒng)。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(zhí)行程序，則必須要把掛鎖取走，安全開關閉合。

（3）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(tǒng)所有設備停止運行。

（4）在mini-cell的電氣控制系統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)的正常運行，實現(xiàn)人和工作站的安全。

2. mini-cell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(wěn)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他機身6個基本軸一樣，均含有伺服驅動器和伺服電動機，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(yè)姿態(tài)，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(tài)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. mini-cell實現(xiàn)柔性生產

mini-cell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(xiàn)出不穩(wěn)定性。而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程序，機器人將根據(jù)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。工裝夾具與變位機連接處采用快換裝卸結構，便于夾具的更換。在電氣控制系統(tǒng)中,控制柜與夾具間通信連接采用航插方式,便于快速恢復控制。一般情況下，夾具換型可在20min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。

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(yè)的勞動生產效率，降低了用戶的成本，但仍有部分環(huán)節(jié)值得我們去注意。

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(xiàn)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。

2.mini-cell的電氣控制系統(tǒng)的特殊要求

MA1400作為安川電動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(wěn)定可靠。為了保證電氣系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)相匹配，我們應提高電氣控制系統(tǒng)的設計質量和制造質量，保證其穩(wěn)定可靠。

在具體配置上要注意的是：電器元件的選擇上，保證可以在焊接作業(yè)的環(huán)境惡劣、作業(yè)強度極大、電壓波動較大這些情況下，不出現(xiàn)故障正常使用。YSR在夾具與電氣控制系統(tǒng)間通信采用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(wěn)定性。

3.對于機器人與其他設備干涉的特殊要求

mini-cell的優(yōu)點在于提高了空間利用率，這也是mini-cell在不斷開發(fā)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(fā)mini-cell的過程中不斷地優(yōu)化設計，積累了豐富的經(jīng)驗，使得mini-cell更加完善。

結語

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)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-cell工作站是根據(jù)廣大客戶的需求而研制的一款工業(yè)機器人工作站，我們相信其應用市場將越