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多机器人协调及人机协调的现状和发展前景 发布日期:【2017-6-5】
讯息负责人: 王先生
 

焊接机器人应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合。焊接是工业中一种非常重要的加工工艺,其在汽车行业上的应用尤为重要。随着汽车行业的飞速发展,自动化焊接设备越来越得到广泛的应用,特别是在近年来用工荒的时期,使机器人焊接设备在汽车零部件生产上得到了很广的应用。

在生产效率和产品质量并举的今天,单一机器人已不能很好地胜任现代制造业的要求,人们对于用现代科技解决复杂任务的需求日益高涨。虽然随着机器人技术的发展,机器人的能力不断提高,但是对于一些复杂的任务,单个机器人不再是最好的解决方案,而由是多个机器人组成的系统。与单机器人构成的系统相比,多机器人系统通过机器人与机器人之间的合作与协调使系统工作性能提升,工作效率加快,柔性增强,增强实现复杂任务的通用性。因此,多机器人系统应运而生,成为目前机器人学领域的研究热点、难点在开放式结构的软硬件基础之上,如何实现多机器人的协调运动控制就成为焊接机器人柔性加工的研究重点之一。多机器人协调工作方式可以有效地提高生产力。一般而言,多机器人工作环境包括三类协调操作:紧协调操作和松协调操作以及混合协调操作。

紧协调操作是指在同一工作空间里,多机器人操作手共同处理同一物体;在这些机器人里面其中有一台是主控机器人或者有外部系统控制体系,系统活动的所有信息,可以运用规划算法、优化算法,对任务进行分解与分配,可以向各个受控机器人发布命令、可以组合多个机器人协作完成任务,系统中的其它机器人只与主控机器人或主系统进行信息交换,紧协调操作要求主控机器人或主系统具有较强的规划处理能力,具有控制简单、可得到全局最优规划的特点。但在实际应用中主控机器人或主系统不可能具有环境的所有信息。因此,无法做出适当的决策,来保证其它机器人快速准确的响应外界环境的变化。而且系统的决策能力都有主控机器人决定,当系统中的机器人越来越多,主控机器人或主系统的负担就越来越重。这时一旦主控机器人或主控制系统失效,整个系统就将瘫痪。系统的可靠性和稳定性较差。

在生产中有时我们会遇到长形工件,焊缝分布在工件的两端,若采用1台机器人进行焊接,会出现因两端不同时焊接而造成焊接变形不一致,从而使工件在长度方向上扭转变形,焊接后的工件难以达到标准要求。针对这种类型的工件,我们常采用两台机器人同时协调焊接的方式,这就属于紧协调操作,两台机器人同时在一个工位工作。在汽车后桥和消声器的焊接中,经常会使用到该项技术。

两台机器人对应1个由机器人外部轴驱动的转台,在转台摆放的工件上有两个镜像对称的部件,两条相似的环焊缝需要两台机器人在转台旋转的同时实现同步协调焊接,通过这种方式可以将焊接生产的效率提高1倍。同样的根据实际情况使用相对多台机器人同时工作,工作效率就提高的越高。

松协调操作是指在同一工作空间里,每个机器人独立地完成各自任务;在松协调操作系统中,没有主控机器人,所有的机器人之间的关系都是平等的,每个机器人均能通过通信等手段与其它机器人进行信息交流,自主地进行决策。在分布式结构中,每个机器人都具备较高的智能水平,能够进行自主决策。所以说这种系统适应外部环境,完成复杂任务的能力较强,但这种系统无全局规划能力。

在一般的流水线上面我们经常会用到这种松协调操作,各个机器人只在各自的工位工作,互不干涉。



混合协调的操作是融合了紧协调操作和松协调操作优点的一种操作方式。在混合协调操作方式中有一个主控机器人或者主控制系统。它具有整个系统的全部信息和数据,能进行整个系统的规划和决策。系统中的其它机器人既能与主控机器人进行信息交互也能与其他机器人进行信息交互,虽然不具有系统的所有信息,却具有局部规划和决策的能力。因此,混合协调操作方式具有更强的活力,更高的工作效率,适用于动态的,复杂的环境。这也是多机器人协调的发展趋势。但它的控制系统复杂,实现时难度较大。

混合协调操作方式在一些大型的汽车生产线上应用的较多。


在除了机器人与机器人的协调工作外,以后工业发展的重要方向之一就是人与机器人的协调工作。在许多情况下工业机器人的使用能够改变人们的工作条件,减少体力劳动强度,是工人摆脱单调,危险的工作。但是,现在的机器人系统普遍结构复杂,动作僵硬,外表坚硬、外形粗壮笨重的庞然大物,它们没有思想和感觉,因此无法和人类一起较协调地工作。即使不在操作失误的情况下,就是在正常运行状态下,都有伤人的危险潜在。因此在机器人系统中就必须建立完善的保护措施,减少其潜在的危险。尤其是在当今机器人已经发展称为能够完成复杂多变的动作,具有极大负载能力的,高速度,多功能的复杂设备,这种要求显得极为重要。机器人不同于传统机械设备在于,它们具有更多的自由度,能够运行较大范围的运动。实际上机器人已经造成了一些新型的工伤事故。因此现在的工业机器人普遍都是用安全围栏把人和机器人分离开来。这就出现了一个问题,那就是人与机器人怎么才能和谐相处,协调工作。

如今伴随着协同作业机器人的出现,这一现象正在发生改变,协同作业机器人可以与人员在同一个空间工作,而不像传统的工业机器人那样需要将人和机器人使用安全围栏隔离开。如果协作机器人与其周边的人员或物体发生触碰,机器人将自动停止。协作机器人具有协作性、安全性、快速学习、适应能力强和高效等特点。在追求安全、高效、生产多样化的今天,协作机器人或将掀起一场制造业机器人换人的浪潮。与传统的工业机器人手臂相比,协作型机器人,在工业生产流水线上的应用更加灵活,向智能化更近一步。人与机器人可相互协调,毫无障碍地进行重零件的搬运,零件的装配等各种作业。协作型机器人还能和人,周围环境互相配合,共同完成工作。在保证人工安全的前提下,提高了系统的工作效率。

在大型汽车生产线上,好几台不同类型、功能的协作型机器人已经能在同一个工位上,共同完成汽车焊接,打磨,抛光等工艺。最后,与传统大批量、统一生产的过程相比,协作型机器人灵活、高效的特点,让生产商能应付更多个性化,多品种,小批量的工业生产订单。


结语:
对大型加工件实现机器人自动化焊接,尤其针对多样性,复杂性,对人的依赖性较高的工件。只有机器人具有智能化制造技术才能保证大型复杂及多样性加工件的焊接质量的稳定性。

应该大力发展多机器人协调工作,人与机器人协调工作,为汽车行业大型复杂及多样性加工件实现机器人智能制造提供有力支撑。

 
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