点焊是汽车生产线必不可少的焊接方法之一，使用数量虽因产量而有所不同，但为成功组装汽车车身，平均每条生产线上活跃着200～300台点焊机器人。近年来用户为实现成本最小化，致力于建设以缩短生产线长度、减少工序数、减少机器人台数为目标的生产线。面对此类需求，机器人厂商首先应当考虑以机器人的高速化来应对。

点焊机器人的高速化可在用户构建系统时帮助其减少机器人的使用台数。如机器人速度提升20%，每台机器人的打点数就会增加20%，那么在原本由100台机器人构成的汽车车身焊接生产线上，从工作量考虑只需要80台机器人即可，因此用户减少了 20台机器人的使用成本及能源损耗。但由于动作范围的原因机器人要分开打点，因此必须扩大机器人的动作范围，特别是手臂轴的动作范围。

此外为实现产线长度的缩短和工序数的减少，必须在维持高速化的同时实现高密度机器人布局。为此更加需要机器人具备布局的柔软性，即设置的高自由度、低干涉的机器人形态。同时，为维持高密度的生产线配置，也需要同时提升机器人的维护性。

为此，安川机器人围绕高速化(含通电的点焊动作)、机器人本体小型化(增加负载重量和扩大动作范围)及提高维护性等理念进行了相关机器人的开发。而新型点焊机器人MOTOMAN-MS165/210(以下简称MS165/210)具备的特征可应用于与汽车相关的领域中，并可为用户在使用过程中提升优势。

新型点焊机器人

MS165/210为点焊用机器人MOTOMAN-ES165D/200D(以下简称ES165D/200D)的升级机型。以最适合点焊为关键进行开发的原机型ES165D/200D，将点焊用管线包内置于机器人内部，为设备的高密度设置作出了相应的贡献。而此次开发的MS165/210，与ES165D/200D同样将管线包置于机器人内部，是适合于设备更小型化且密度配置更高的点焊机器人。

点焊机器人的高速化用可通过各种切入点推进并实现，如控制最佳化、机器人基本性能的提升和振动减少这三项特点。作为点焊机器人特有的伺服电焊枪和延时控制可通过伺服点焊枪的最佳动作、加压控制的切换速度和延时及通信的最佳化，减少不必要的控制时间，实现每处打点时间的降低。

关于机械手的基本性能，零部件的轻量化提升了各轴的动作速度，最快速度最大可提升25%。为在保持各框体零件及手臂零件轻量化的同时也确保其强度，通过开发比过去FEM解析精度更高、最适值更容易导出的新型解析方法，实现强度和形状的最佳化。与ES200D相比，MS210的本体重量减轻了11%，更进一步实现高速化。

另外，基本轴的减速机容量重新设计，增强支持刚性(旋转方向刚性：1.2～1.3倍，弯曲方向刚性：1.3～1.6倍)，降低了机器人顶端的振动，更加促进高速化。ES200D和MS210的速度比较

表1  ES200D和MS210的速度比较

在基本性能高速化方针的基础上，还准备了无传感器学习控制，即示教后执行一次程序，此时由配备在机器人各轴上的伺服电动机识别顶端的振动，并实现了对加减速时间及振动的最佳化。

通过无传感器化，用户可省去繁琐的传感器安装，只需重复运行程序，便可得出最适合的加/减速，从而更加实现高速化。在系统构建时，机器人的高速化使每一台机器人的打点数增加，提升了节拍内生产效率，而增加打点数导致点焊枪姿势的获取成为了一个重要的课题。配备伺服点焊枪的机器人在示教时不获取枪的姿势而直接改变布局的情况时有发生，这种不获取打点姿势的方式，使高速化的意义锐减。此次开发的MS165/210手臂动作范围有所扩大，ES200D和MS210手臂动作比较如表2所列。这些动作范围的扩大，通过形状的最佳化实现，而非通过改变搭载在机器人顶端的“コ”字形的缆线处理用凸缘盘刚性来实现。

考虑到由于高速化带来的点焊枪变压器使用率的超出需增加尺寸的情况，在推进缩短10个左右工序中，要求机器人实现小型化。最大限度抑制机器人之间或机器人与治具之间的相互干涉是能够做到高密度布局的关键。而作为机器人避免干涉的4个要素，是回转干涉半径、机器人宽度、机器人底座和机器人上臂粗细。

此次安川开发的MS165/200相比原来的机型在小型化方面具有革新性的改变，主要是将原来的弹簧垫圈式的平衡器变更为充气式平衡器，且采用了流线型手臂。考虑到充气式平衡器的形状、可靠性及维护的作业性，通过使用充气式平衡器，实现了最小旋转干涉半径从R608mm缩小约100mm～R515mm左右。

考虑到汽车制造厂商左右对称的零部件较多，单侧示教完成之后使用镜像变换生成另一侧的动作。此时，由于手臂自身受到单侧超程的影响，也会发生与治具或柱子间的相互干涉。为解决这个课题，安川采用了将机械臂设置于中心，避免超程的发生，并使机器人宽度最小化的构造。关于机器人的底座将伺服点焊枪用配线包在机器人第一轴回转的处理方式变更为第一轴内部处理方式，底座的面积减少了44%。

周边装置的导入

设备成本最小化的关键如前所述为机器人台数的减少和工序的缩短。为实现这个目标，除机器人自身的改变外，其周边设备配合的系统构建也十分重要。与焊接品质相关的要点除加压力、电流值和通电时间外，还有电极顶端形状。这是由于反复焊接会导致电极顶端变形，工件的电流直径(电流密度)的变化会直接影响焊接品质。所以一般的处理方法是，点焊中每数十次打点后用修磨器切削电极，调整电极顶端。

过去这个修磨器的控制方法仅是通过ON/OFF旋转实现，在这一定程度上否定了完成切削需要专门的传感器检测。而导致切削不充分的原因通常有修磨器的驱动异常、修磨器刀刃磨损、污迹附着或点焊枪加压力不足等。安川在修磨器的驱动源中使用伺服电动机，由机器人控制柜来对其进行控制，防止切削不足，同时能够自动检测出异常的伺服电极修磨器也投入了市场。

通过修磨器的伺服化，可以检测出驱动修磨器时的电机力矩。同时，使用伺服枪，可在切削完成后检出电机位置的变化。由此可以通过修磨器无负载时和切削时力矩的变化以及电动机位置的变化，判断切削动作是否正常完成。

此外，从无负载时力矩的变化中可检出修磨器驱动系的异常，从切削时力矩的变化也可检测出修磨器刀刃的磨损及加压力不足等异常情况。还可以在切削的同时检测电极位置，指定最低需要切削量，有效降低交换电极的频率。通过引进更加智能的设备、功能，可实现稳定的生产。在维持生产线运作的基础上尽力减少不必要消耗，对于今后的系统构建也必不可少。

点焊的成本最小化系统构建还将持续，特别是配合新兴国产量变动的生产线的构成变得非常重要。如原来以100的成本对应100的生产量，今后则需要由25的成本对应25的生产量。这是由于新兴国与发达国家的生产量不同所致。作为机器人厂商，根据这一状况来提供解决方案十分重要。

而且，使用原材料多样化的同时，生产方式也发生巨大变化，市场需求对于效率、环境、品质的对应也变得重要。总之，今后焊接机器人将根据以汽车相关厂商为主体的生产设备的变化继续成长。

安川机器人

ES200D

MS210