Robcad在车身后轮罩滚边中的应用

1、Robcad在车身后轮罩滚边中的应用徐小剑，杨国平（上海工程技术大学 汽车工程学院，上海 201620）【摘要】针对白车身自动化焊装流水线上的机器人后轮罩滚边工位，运用西门子产品生命周期管理 Tecnomatix系列软件eM-workplace(Robcad)模块对机器人滚边工艺方案进行设计，完成了工位运动仿真，验证了方案的可行性。同时，在Robcad里生成滚边离线程序，最终将程序载入到现场机器人调试运行。关键词：轮罩滚边，机器人，Robcad，离线编程中图分类号：U466 文献标志码：AThe application of Robcad in the BIW rear wheelhouse

2、hemmingXu Xiao-jian,Yang guo-ping（Automotive Engineering College, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620,China）【Abstract】In this paper,the rear wheelhouse hemming project in BIW automated welding lines was designed by application of the Siemens product life management (PLM)Tecno

3、matix series software eM-workplace(Robcad),and finished the motion simulation and robot hemming off-line programming (OLP).The final program was loaded into the site robot and then debugged and commissioned successfully.Key words: wheelhouse hemming, robot, Robcad , off-line programming【作者简介】徐小剑（199

4、0-），男，上海工程技术大学汽车工程学院在读硕士研究生，主要研究领域为汽车白车身焊装夹具设计及工业机器人仿真技术。E-mail：12075791791 轮罩滚边方案设计1.1 滚边定义机器人滚边是运用机器人前端的滚轮，在定位夹具上，调用机器人控制器中编好的程序，对车身件内外板开法兰边多次折边压合的一种工艺方法。1.2 轮罩滚边工艺过程滚边压合根据车身部件和车身材料的不同，工艺过程不尽相同，但基本上可分成两个阶段：1.预压合阶段，指车身开法兰部分从原始角度到00之前的所有阶段；2.终压合阶段，指压合到00的最后一个阶段（对于欧式压合，指00到水滴成型阶段）。预压合阶段的每次压合，根据被压合车身件

5、和工艺要求的不同，其次数和角度也不相同。汽车顶盖天窗有分四次压合和六次压合两种方法;四门和后盖一般采用三次滚压成型法，也有采用两次滚压成型法的；前盖多采用3次滚压成型法，欧式压合采用四次滚压成型法；轮罩、翼子板一般也采用3次滚压成型法。图1所示为本项目中后轮罩滚边工位layout图。图1 轮罩滚边工位layoutFig.1 layout of the rear wheelhouse hemming 该滚边压合过程是由900到00的压合过程，分三次压合：第一次预折边由900到450 ，第二次预折边由450到00，终折边是00到水滴包边的成型过程。根据工艺顺序文件，在Robcad里对应建立的sop

6、（sequence operation）见图2。图2 轮罩滚边sopFig.2 Sequence operation of the rear wheelhouse hemming由工艺可知，该工位一个明显特点就是滚边工具还起着运送滚边胎膜的作用，滚边开始时把胎膜由停放支架抓持至后轮罩部位，滚边结束时把胎膜又抓回至停放支架上，该工位车身单侧共用一个机器人，大大缩短了节拍，提高了工位效率。2 建立工位仿真模型2.1 机器人运动模型、仿真模型建立连杆坐标系，两个参数用来描述连杆本体，即公共法线的距离连杆长度ai ，垂直于ai所在平面内两关节轴线(Zi1和Zi)的夹角连杆扭角i；另两个参数描述相邻两杆

7、之间的关系，即沿关节i轴线两个公垂线的距离连杆距离di，垂直于关节i轴线的平面内两个公垂线的夹角连杆夹角qi。转动关节的D-H坐标系建立如图3所示。图3 D-H坐标系建立示意图Fig.3 D-H coordinate system Ai表示第i个连杆相对于第i-1个连杆坐标系的位资变换。按照下列的步骤建立相邻两连杆i与i+1之间的相对关系：(1) 绕Zi1轴旋转qi角，使Xi1轴转到与Xi同一平面内；(2) 沿Zi1轴平移一距离di，把Xi1移到与Xi同一直线上；(3) 沿Xi轴平移一距离ai，把连杆i1的坐标系移动到使其原点与连杆i坐标系原点重合的地方；(4) 绕Xi旋转i角，使Zi1转到与

8、Zi同一直线上。Ai=Rot(Z, qi)Trans(0, 0, di)Rot(X, i) (1.1)即可知，机器人末端执行器相对于机身坐标系的齐次变换矩阵为0T6=A1A2A6本工位所用机器人型号为FANUC r2000ib_210f,机器人仿真模型文件一般由机器人供应商厂家提供，模型定义了机器人各轴的运动参数（最大运动速度、加速度、角度范围）、各轴之间的机械运动关系，仿真工程师一般只须把机器人模型定位到对应位置，在六轴末端安装好工具（焊枪、抓手、滚边工具等），并定义好机器人TCP（tool center position）即可。图4 机器人仿真模型Fig.4 The simulation

9、model of the robot 2.2 定义工具动作滚边胎模为机器人滚边技术的核心区域，产品更新换代或多车型混流生产时，只需要更换胎模夹具，便可实现产品的柔性自动化生产，滚边胎膜的作用就是保证在滚边过程中，工件受力变形均匀，以确保良好的滚边效果。滚边工具由弹性连接组件和滚边头组件两部分构成，一般滚边头组件由不同形状的滚轮组合而成。滚边工具的弹性连接组件和滚边头组件为柔性连接，滚边头在滑轨中可以直线滑动，滚边开始和结束时滚轮组合打开，滚边时滚轮组合闭合压紧。同时，通过调节闭合行程，可以获得不同的滚边压力值，以满足预包边与终包边不同滚边力的需求。预包边一般采用锥轮，终包边采用圆柱轮或水滴轮。

10、本项目中滚边胎膜、滚边工具结构见如图5所示。图5 滚边胎膜、滚边工具示意图Fig.5 The structure of the hemming tool and the hemming die为了更加真实地模拟工艺方案和检查运动干涉，有必要对工位内滚边胎膜、滚边工具制作动作。Robcad软件提供了与当今各主流型计算机辅助设计软件（CAD）之间的接口，如UG、CATIA、Autocad。通过数据格式转换，先把数模文件转换为仿真.CO文件，之后在Robcad中进行二次建模编辑，直到符合仿真要求。动作的制作是在Modeling下Kinematics模块，定义好Link、axis、运动类型，到stat

11、es模块里定义运动状态。对于气缸，我们定义了CLOSE、OPEN、HOME三个运动状态，之后在路径或sop中可直接调用该动作，图6为仿真动作制作界面：图6 仿真动作制作界面Fig.6 The window of the simulation movement define 2.3 定义运动路径该工位机器人运动路径分为搬运路径和滚边路径两种，路径生成方法和路径点（Location）属性也不一样，路径点属性包括运动类型、运动范围、运动速度，还可以设置显示隐藏、驱动机械关节等，优良的运动路径的基本准则是：机器人运动路径短；机器人姿态良好；机器人之间不干涉；机器人姿态切换平缓，优良路径的制作也是后续离

12、线编程的关键步骤。后轮罩的压合曲线轨迹共建立了3条，分三次压合完成，每次有不同的压合角度。本工位仿真模型、路径属性设置如图7所示。图7 轮罩滚边仿真模型、路径属性设置Fig.7 The simulation model and setup of the location attribution3 轮罩滚边离线编程机器人编程分在线示教编程和离线编程(OLP)两种，与控制模块相连时的编程称在线示教编程，与机器人或控制模块断开连接时的称作离线编程。相对于在线示教编程，离线编程的优点是明显的：1.减少机器人停机时间，提高主机厂生产效率；2.编程者可以远离危险工作环境；3.可以实现CAD/CAM/ROB

13、OTICS一体化；4.可以提高编程精度。机器人滚边路径复杂、要求精度高，离线编程尤其显得特别重要。Robcad OLP实现了机器人运动顺序的准确仿真以及向车间提供机器程序。然后Robcad OLP生成程序，并下载到实际控制器中。机器人的运动程序也可以上传，以便重用和优化。机器人滚轮翻边压合编程步骤如下,软件离线编程界面见图8,调试流程及部分离线程序见图9，程序里包括各路径点运动参数、用户坐标值、滚边压力等参数，中间运动轨迹由机器人控制器通过插值运算得来。图8 Robcad离线编程界面Fig.8 The interface of the off-line programming 图9 调试流程图

14、及部分离线程序Fig.9 The flow chart of the robots debugging and some off-line programs滚边压合效果有很多影响因素，仿真模型与现场实际误差不可避免。所以必须在实际质量优化中进行反复调试和调整，直至达到完美的压合效果。4 结论由此文可看出，Robcad软件在汽车白车身制造行业的巨大应用价值，包括前期方案规划，以及后期机器人的运行调试等。该文中所应用的机器人后轮罩滚边工艺具有很多优点，值得大力推广，非常适合现代化的汽车制造工业，具有广阔的发展前景。【参考文献】1 王东林.ROBCAD仿真软件在机器人滚边压合技术中的应用J.工艺与装备,2010(07):45-46.2 胡婷.离线编程技术在机器人点焊中的应用J.工艺与装备,2010(07):31-32.3 张婧慧.机器人滚边技术及其应用研究D.合肥：合肥工业大学，2010:22-25.4 孟繁秋.基于工业机器