在汽車及零部件制造業，使用工業機器人可以降低廢品率和產品成本，提高設備利用率，降低工人誤操作帶來的殘次零件風險等，收益明顯。機器人具有執行高危任務的能力，平均故障間隔期達60 000 h以上，比傳統的自動化工藝更先進。

工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器及人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。從1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人以來，機器人技術及其產品發展很快，已成為柔性制造系統（FMS）、自動化工廠（FA）及計算機集成制造系統（CIMS）的自動化工具。

在奇瑞公司生產現場，使用有焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人和裝配機器人，數量較多的為FANUC、KUKA及COMAU等品牌機器人。下面以焊接機器人為例，談談其在奇瑞轎車生產線上的使用情況。

FANUC機器人在焊接線中的應用

FANUC工業機器人主要用于奇瑞轎車的A系列平臺車型的焊接中，其技術特點主要包括：

在機械本體方面，采用關節型6自由度串聯結構，在1、2和3關節處為電動機+RV減速器驅動，電動機功率相同；4、5和6關節電動機功率相同且相鄰呈L形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+直齒輪+錐齒輪+RV減速器。除5軸為減小體積RV減速器為特殊定做外，其他軸RV為標準系列；機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸；主體采用條幅式鑄件（結構簡單、減輕重量）。

在電控系統方面，FANUC控制系統采用典型的主從二級控制結構，上位機包括主板、CPU及FROM/SRAM組件，負責控制器內部及外圍設備的信號處理、交換。下位機——伺服卡與伺服放大器不僅提供伺服電動機的驅動、抱閘信號，并且與絕對值編碼器實現實時數據裝換，與主控單元采用光纖傳輸數據，進行實時信號循環反饋。該機器人伺服放大器集中了6個軸的電動機于一塊電路板上，造成一個放大器損壞需更換整個電路板的局面。FANUC機器人只有一個電源輸送單元供給控制箱內各板卡，安全保護回路由變壓器直接向急停單元供電，并接入內部各控制板卡形成保護回路，對整個系統進行電路保護。

FANUC工業機器人系統人機交互采用示教盒實現，軟件采用基于LINUX的操作系統設計，代碼完全公開，只需嵌入式專家對其內核進行適量裁減，就可以獲得所需的功能系統，然后用LINUX結構式語言編寫所需的應用程序一起移植于嵌入式芯片中，因此其應用程序圖形化功能弱，界面不友好，操作人員不易掌握，且對其進行開發和升級困難。操作方面，在用FANUC示教盒操作時需要同時按住“DEADMAN”開關和“SHIFT”鍵以后，再點擊各個功能鍵操作。對于程序編寫可以在示教盒上直接編寫，也可以在其他計算機上編寫后通過CF卡接口讀入。

KUKA機器人在焊接線中的應用

KUKA機器人主要用于奇瑞轎車B、T和S系列平臺車型的焊接，其技術特點主要包括：

在機械本體方面，采用關節型6自由度串聯結構，在1、2和3關節處為電動機+RV減速器驅動，電動機功率相同；4、5、6關節電動機功率相同且相鄰呈L形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+帶傳動+傳輸軸+帶傳動+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+帶傳動+傳輸軸+帶傳動+錐齒輪+減速器；5軸和6軸傳鏈中有帶傳動，且6軸未采用RV減速器，其他軸RV為標準系列。機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸，主體采用封閉式鑄件。

在電氣系統方面，KUKA控制系統采用的是分布式控制結構，工控機是整個控制系統的中樞部分，負責與主電源、安全回路、RDC及外圍設備進行信號處理、交換，除標準配置外，還包括MFC卡（控制安全回路，非可屏蔽性中斷）和DSE-IBS卡（與RDC串口通信，輸出到KSD，實現三環控制）。KUKA伺服驅動器（KSD）與工控機間采用INTERBUS總線方式通信，標配為6個分散獨立的驅動器實時控制6軸運動，柜內最多可擴展到8軸。KUKA ESC安全系統由主電源直接向ESC卡提供27 V直流電，并與工控機、示教器及外圍設備連接，對整個系統進行電路保護。KUKA主電源向各伺服驅動器提供600 V電壓，輔助電源向工控機、安全模塊、伺服驅動器、電動機制動及電池等模塊提供27 V直流電。

在人機交互方面KUKA機器人系統的人機交互除示教盒外，還可以外接顯示器和鍵盤、鼠標等成為PC機。示教盒設外觀設計采用了近似于掌上PC的結構，其軟件系統為KUKA與微軟公司合作開發的VX-Win操作系統，是將Windows與VxWorks結合開發的專用收費軟件，類似于Windows，支持VC面向對象軟件編寫應用程序，界面友好、易掌握，開發和升級相對容易，使用成本高。

COMAU機器人在焊接線中的應用

COMAU工業機器人主要用在奇瑞轎車的M、S系列平臺車型的焊接，其技術特點如下：

在機械本體方面，采用關節型6自由度串聯結構，1軸電動機和底座固定在一起，通過減速機和齒輪傳動帶動，2、3軸為電動機+RV減速器驅動，1、2、3軸電動機功率相同；4、5、6關節電動機功率相同且相鄰呈品字形放置。4軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+RV減速器；5軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+RV減速器；6軸傳動鏈為電動機+長傳輸軸+直齒輪+傳輸軸+錐齒輪+直齒輪+錐齒輪+RV減速器。機器人2軸帶有雙彈簧平衡缸。大臂采用槽形鋼加勁板結構的鑄造形式，且小臂是焊接件。

在電氣系統方面，COMAU工業機器人控制系統采用分布式控制結構，其RPU過程處理系統是整個系統的主控制模塊，包括系統主處理器、運動協處理器，以主從控制的方式進行工作處理，完成I/O和現場總線管理、運動控制和機器人程序執行。COMAU DSA數字伺服放大器通過機器人接口模塊反饋編碼器信號，與運動協處理器間通過Internet進行通信，提供伺服電動機的驅動電源和抱閘電源，控制機器人運動。COMAU RSM安全保護系統與過程處理系統、系統通信模塊及外圍設備等單元進行安全信號通信，實現整個系統的安全保護。COMAU DPP電源分配系統向輔助電源和數字伺服放大器提供主動力電源。APS輔助電源向數字伺服放大器、過程處理系統及系統通信模塊等單元提供24 V直流電源，并通過系統通信模塊向安全模塊提供24 V直流電源。

在人機交互方面，COMAU使用與KUKA相同的操作系統，示教盒外觀設計類似FANUC機器人，但操作更舒適，采用圖形化操作界面，易掌握。在操作上COMAU機器人“DEADMAN”附有二級開關，一般人按到一級開關便可以示教，按到二級開關是對機器人外部設備安裝的檢測，如果已安裝后按到二級開關就會出現報警現象。該系統可以外接顯示器和鍵盤、鼠標構成一臺PC機，可以在上面進行編程、調試和設置等工作。

實際應用中存在的問題

在實際生產中，工業機器人焊接故障出現的比例最高，導致此故障的種類很多，軟件上包括控制程序指令丟失、失效，硬件上包括編碼器位置反饋錯誤、焊鉗故障及伺服電動機故障等。以FANUC為例，這類故障約占82%。伺服故障偶爾發生，大部分原因是轉矩超高報警，約占5%。總線網絡故障，包括網絡組線程序出錯，PLC發生內部故障以及PROFIBUS總線出錯等，約8%左右。工業機器人無作業由于內部運動函數插補失敗，控制程序失效，外部信號丟失沒有發給機器人控制程序等，約5%。

這些問題會對生產造成影響，嚴重時可能會延誤生產，造成重大損失。它們的發現和排除，有的需要廠家專業人員，有的需要從國外進口配件，有的需要大量庫存。

針對以上問題，作為設備維護人員也要充分發揮自己的能動性，做大量的改善工作。在減少焊接故障方面，維護人員對電纜、管路等加裝保護裝置；在信號干擾方面，對干擾源進行排查、進行隔離，同時，對線纜布線進行整改，故障率可大大降低。

結語

隨著我國從制造大國向制造強國邁進，制造業，特別是汽車行業的競爭將愈來愈激烈，提高產品質量和勞動生產率將是企業在激烈競爭中獲勝的關鍵因素之一。大量使用性價比高的工業機器人，在提高產品質量和勞動生產率的同時可減少人力，降低生產成本，將是我國制造行業發展的必然趨勢。
? ? ? ?責任編輯：tzh