[原创]怎样建造焊接机器人系统

这篇文章也是发在西西河的。如今西西河既然上不去，就只能往这里转移。
这帖子说的是智能机械的应用篇。对于许多初出茅庐的现场工程师有帮助。

怎样建造焊接机器人系统
  不久前俺发布了一篇文章就是“中国与日本的装甲战车相比，谁的焊缝更结实”，其中讨论了焊接装甲战车的机器人系统。引来不少网友的评论。说什么的都有。这倒是引起了俺进一步详细说明建造机器人系统的兴趣。本文将深入讨论一下焊接战车的机器人系统。注意，与汽车生产线的机器人系统完全不同。
    军工领域焊接坦克装甲车的装甲钢板的机器人系统与民用工业焊接挖掘机，推土机等工程机械的焊接机器人系统从本质上来说没有任何区别。今天焊接推土机的车架，明天换一套夹具理论上就可以焊接装甲车的炮塔。当然重新编程的时间没有考虑进去。那么，怎样用尽量少的钱，尽量快的速度，建造一整套优质的焊接机器人系统呢？其中学问很大。并不是钱花得越多就越好。
    作为军工厂或者重型机械厂，要购买机器人系统用于产品制造，首先一条必须任命一位具有扎实基础知识功底，丰富的实践经验，良好的沟通能力并且心理素质稳定的工程师作为项目负责人，以当过兵的复员转业军人为最佳。当然上过战场杀过人的就更理想。
    这是因为，每一个机器人系统都是为客户量身定做的专用设备。供需双方不是一手交钱，一手交货的简单的买卖关系。一套好用的 机器人系统必须要求供应商与客户密切合作才能完成。供应商是机器人系统的专家，客户是产品制造的专家，两者缺一不可。如果客户方面弱势，那就免不了当冤大头。所以，双方是不打不成交，既合作又有矛盾。供应商想尽量多卖些咚咚给客户，客户想尽量少花钱。于是，供应商就忽悠客户，说机器人和它的外部设备的价值比至少是1：5，否则机器人不能发挥作用。需要说明一下，一套机器人系统由机器人本体和外部设备组成，机器人本体有六个轴，外部设备根据需要1－20个轴左右。机器人又叫机械手，就是模仿人的胳膊的一个机器。人的胳膊有几个轴呢？肩关节，肘关节，腕关节，指关节加起来差不多20个轴，机器人本体只有6个轴，比不上人的胳膊，但是每个轴都能360旋转。光是这六个轴只能焊接1米见方这么点地方，坦克炮塔是肯定不能焊的。太大了。所以为了焊接坦克炮塔，还要另外订做至少4个轴才行。坦克炮塔很重，这订做的4个轴必须非常巨大且坚固。既然是巨大的非标设备，当然要比标准的机器人本体多花钱了。供应商卖机器人本体挣不多少钱，卖外部设备才赚钱。这是专门为你订做的嘛。日本的机器人比较便宜，一个机器人本体卖价大约人民币18－25万，不过不单卖。欧洲的机器人本体一个卖价高达6万美元，折合人民币40多万。供应商说，光卖一个裸机是没用的，必须配上外部设备，机器人才能工作，按照供应商说的1：5的比例，买日本机器人系统至少要花100万，买欧洲机器人系统至少要花200万。难怪外国公司在中国的机器人代理商一个个都发的不亦乐乎。买别墅买汽车早就实现小平同志的“先富起来”的小康生活了。面对供应商争先恐后的推销，我们这位上过战场杀过人的工程师该怎么办呢？
    首先第一条必须在众多供应商中间筛选。筛去那些不能达标的供货商。其实每一种机器人都有各自的针对性设计和传统客户，但是非传统客户招标也参加，中标就算赚的，没中也不吃亏。这就考验我们这位项目负责人的理论功底了。这里介绍一个实际案例：
    某厂要买一套机器人系统用于焊接椭圆环缝。也就是两个椭圆钢筒子对接起来焊接。面对十几位供应商，我们这位爷先把自己的产品焊缝做了个简单的数学建模。也就是把工程问题变成一个数学问题。题曰：在一铅垂平面中有一转动的椭圆与一水平直线滑动相切，水平直线在椭圆上面。当椭圆转动时，切点呈匀速运动，速度500毫米每秒。求切点的运动方程以及切点在椭圆各处的瞬时速度。题目是我们这位爷自己出的，但是自己解不出来，于是请教了一位数学专业的硕士研究生，一下子就给算出来了。由此得知本系统需要的机器人工作范围，空间位置和系统的运动速度。
    然后一个一个拷问供应商。很多屁也不懂的供应商立马就被淘汰了。有些机器人系统会出现干涉，自己不达标反过来要求我们这位爷增加外部轴，也被淘汰。有些基本达标但是工作范围接近极限，可靠性成问题。剩下最后两家，日本一家欧洲一家。欧洲那一家大包大揽表示可以达标并且同意进行计算机仿真，在计算机上实现机器人系统的操作让客户观摩，日本那一家闪烁其辞，始终不敢包揽焊接完整的铅垂平面中的巨大椭圆。后来当然是欧洲货中标。
    日本与欧洲在这方面的差距是日本很少有“数学建模”专业化公司。这种公司欧洲美国很多，专门负责把各种工程问题转化成数学模型然后卖给比如机器人公司，机器人公司就根据买来的数学模型编制机器人的系统程序。当然欧洲机器人就比日本机器人聪明。顺便提一句，中国虽然没有自己的机器人系统，沈阳的机器人不算(上次发帖说错了。把沈阳的机器人说成是长春的，在此致歉)，但是把人家的机器人软件拿过来反编译倒是很内行。这种到处推销数学模型的公司才是真正的第三产业，中国的第三产业还停留在剃头洗脚餐饮零售这么个层次。建议各位大学毕业找不到工作的朋友趁着高等数学还没忘光不妨自己开公司干这个。不需要什么投入来钱却快得多。
    好，现在我们选定了供应商，下面开始技术谈判，具体的就不说了，不过合同中必须说明产品的型号，规格，性能，产地。而不能简单地说某某型号。比如机器人的核心机是一台工控机，其CPU，内存，硬盘，主板等都要写明。机器人精度不能只是说明机器人本体的精度，必须说明是机器人系统 的精度，这里不妨给供应商下个套，一般机器人精度都是指本体精度，加上外部轴精度肯定下降，达不到本体精度，如果合同执行顺利就算了，如果自己这方面有违约的现象，比如设备到货地基没准备好等等，就可以拿这个说事儿。大家都有违约情况，谁也不要说谁了。还有就是产地，比如机器人本体是在奥地利制造的，外部设备是在匈牙利制造的。奥地利和匈牙利虽然是姑表亲，但是工资水平不一样。外部设备不能按照本体价钱计算。就看你谈判桌上怎么忽悠了。成不成两说着，至少供应商知道你是个刺儿头，不敢太出格。
    另外机器人焊接范围毕竟不能同人相比，所以设计图纸最好按照机器人的可达性进行修改，坦克炮塔的设计都是考虑到这一点的，便于在战争期间大批量制造。并且具有良好的互换性，各车之间可以轻易实现战损组装。但是民用领域往往做不到这一点。这是因为民用企业老总智商一般要比军工企业老总的智商低二十个百分点。比如那个三一重工出产的泵车，全手工制造，全手工装配，基本没得互换性。也不适合机器人焊接。所以至今还是手工焊接。我们这位爷的那家工厂就不同，把需要机器人焊接的部件进行了工艺改进，基本实现了毛坯制造机械化。自动化。产品具有了良好的一致性。毛坯质量大幅度提高。具备了使用机器人系统的先决条件。
    经过紧张激烈的技术谈判和商务谈判，合同终于签署，其中有一条出国培训条款，我们这位爷要提前半年发通知，在厂内海选出国培训人员。一般应当选取优秀的焊工。当初我们这位爷通知一发，连食堂做饭的大师傅都报名。这是好事，说明大家关心企业发展么。当然，最终的出国培训人员要上级确定，但是我们这位爷牢牢掌握提名权。
    到外国培训是非常必要的。不是说去看花花世界，而是一套系统好几百万甚至几千万，比个法拉利F50还贵。你敢把你的法拉利F50让一个菜鸟拿去学开车么？所以，到欧洲用他们专业的培训机器人系统学习很必要。况且维也纳风景是很不错的亚。
    好，现在机器人已经到货，你的操作工也从欧洲回来了。设备要安装了。我们这位爷时刻在现场盯着。欧洲人生性豁达，经常不拘小节，在你的系统上面试验他们的beta程序，结果有一次机器人系统的一个立轴发生滑坠现象被我们这位爷发现了，立马记载到备忘录。还有一次膨胀螺钉孔清理的不干净，我们这位爷不让老外搞，让自己的机修工搞，比老外搞得好。最后安装完毕，就要试车了，我们这位爷下令拆除系统重新安装，理由是会出现干涉现象。老外说怎么不早说呢，爷说不安装起来怎么知道会干涉呢，你们答应的计算机仿真没搞吧？结果又把老外噎住了。最后老外说那耽误的工期怎么办，费用算谁的。爷说重新安装以后如果俺说的不对，算俺们的，企业不给你钱俺给你钱，要是俺说得对算你们的，你们赔现金给俺们怎么样。老外没敢接碴。重新安装以后果然如爷所说。其实爷就是一把卷尺，在现场比划几下就得出结论的。不过老外设计上也是打着富余的，每个安装位置都有两套螺钉孔。这次果然用上了。这也是欧洲比日本强的地方。
    日本搞机器人系统总是闷头搞，不跟用户交流。出了问题总是解决不了。爷搞过日本机器人系统。是在一个平面上焊接一个个51毫米直径的小圆圈。怎么调试都不行，机器人总是死机，这是由于日本机器人不是专门用来焊接的，机器人原地焊接小圆圈需要六个轴大角度旋转，如此本体6个轴之间夹角可能处于180度位置，人的大臂和小臂180度，大脑是能够指挥的，但是日本机器人的80386的CPU不行，夹角一旦处于180度就死机不动了。按照日本人的说法必须增加外部轴，那不是一二十万能解决的。此外还有程序紊乱现象。日本砖家如热锅上的蚂蚁却一筹莫展。爷改变了焊接位置，从斜角焊变为平焊，且电弧不摆动(日本机器人电弧必须摆动)，死机的问题一下子就解决了。但是管板焊缝用平焊位置，的确是个创新。一般人俺不告诉他。至于程序紊乱，爷说是机器人的两个传感器造成的。其中一个可以拆除，另一个可以绕过有bug的程序。日本人不信，结果爷做了四种试验，证明两个传感器必须关闭才正常。问题虽然找到了，但是路径堵死了。日本专家很懊丧。因为没有传感器的机器人就是瞎子，什么都干不了。爷说我们焊接的是小圆圈，没有电弧传感器没问题。当然最后按爷的办法终于调试成功。日本人付给爷的公司27万元并且赠送一台IBM的手提电脑。日本人问爷是怎么发现这些问题的？爷说没什么秘密。就是把日本砖家每天干什么都一五一十记下来。根据记录，就是发现安装了传感器之后，问题就出现了。
    这里不是抬高欧洲人贬低日本人。欧洲人有时候也很不讲理。比如欧洲那个搞安装的工程师是个匈牙利人，以前是匈牙利空军的机械师。解体以后日子越过越差就到奥地利打工，还没结婚所以自报奋勇到中国来。知道中国姑娘又温柔又漂亮还什么都会。找一个中国妻子不仅仅是一个妻子，还是一个厨师，护士，保育员，甚至还是一个技师，比如衣服的拉链坏了，中国妻子用肥皂擦了一下就修好了。这在欧洲就是技师的活儿。所以匈牙利这厮一边工作一边跟工厂的小姑娘眉来眼去。这厮高大威猛，倒也讨得小姑娘们的喜欢。最后终于在西安，一个叫杨蔓的女孩被娶走了。爷怎么知道这事情的呢。原来匈牙利这厮在发往爷的工厂的每个包装箱上都用毛笔(不是欧洲的油画笔)写上杨蔓，杨蔓，杨蔓……；要说这西方人就是和东方人不一样。就算是练习签名吧，也要写你自己的名字亚？怎么把自己老婆的名字到处写呢？最后在西安那家工厂举办了隆重的中国式婚礼。完事了该安装设备了吧？没有。还要到匈牙利继续举行欧洲式的婚礼。安装工作要推迟至少半个月。最后是娶走了厂里的靓妹，耽误了厂里的买卖，还得备了一份礼品送他们夫妇双双把家还。这也就是中国人，讲究宁拆十座庙，不破一个婚。搁在外国人哪有这样的人情味，那是一定要按照合同罚款的咧。
     最后说一句，跟日本人合作的那一套机器人系统最后外部设备实际上花了多少钱呢？按照日本佬说的一比五的比例，机器人本体大概三十来万，这是当时的价格，那么外部设备就得一百五十万。实际上只花了十九万二千元。日本佬本来不相信爷不求他们自己就能做外部设备的。日本佬认为他们掌握着接口信息，不给你接口数据你的机器人外部设备自己做了但是跟机器人本体联动不起来。做了也白做。所以当时日本佬是抄着手打算看爷的笑话的。
    后来爷的机器人系统，日本的本体自己做的外部设备，搞成了让他们来联调，双方共同验收。爷一个按钮一按，整体系统照样完成联动。当然爷对日本人的机器人系统的外部接口是根本不知道的，那么怎样搞成的呢？下回分解。

  这一帖是顶楼帖子的续文。说实话本帖关注的人比较少。不客气的说，一般的技术员很难爬到这一层次。也就是负责技术改造项目的层次。大多数焊接技术人员还处在现场工程师的层次。俺也是从这个层次干起的。不过既然有人对此感兴趣，那么本帖要是再不拿出点干货出来那可就对不起观众了。
  闲话少说，咱就表一表如何不使用机器人接口硬件实现机器人本体与自制外部设备的联动。
  看起来很神秘，说破了大家哈哈一笑。就是一层窗户纸。
  当年俺们买了日本松下公司的五台机器人。可是谈到外部设备的价格的时候，几轮谈判下来死活就是达不成协议。为什么呢？这得怪我们老板。我们老板当时也是年轻气盛，生意还没谈成的时候，他老人家，这么说是对我们老板的尊敬，居然就先掏钱把那五台机器人给买回来了。
  机器人是一个系统，先花钱买了五台裸机等于是把自己置于进一步谈判的非常不利的地位了。不用说各位也知道，买了松下的机器人，那外部设备必须都得买松下的。买别人的根本不可能。等于是老板自己做了个套，自己把脖子伸进去了。
  你把谈判先手慨然相让，那日本人能不趁机狠狠敲你一笔吗？当然后面的价格谈判达不成协议。没错，日本人一点都不着急，着急的应该是我们中方。
  出一道智力测验题目：
  问：在如此形势下，除了吊死在松下这棵树上，我们还有别的路走吗？
  答：没有。
  在此盗用范伟的一句名言：恭喜你答对了，松下也是这么想滴。
  不过我们老板就是气盛，虽说第一步走错了可是宁死不给日本人低头。真汉子！这点我佩服！
  我们老板先是找了沈阳自动化研究所，让他们给配外部设备。人家也答应了。这帮沈阳汉子也是毛头小子居多，听说要反编译日本松下的机器人软件，一个个摩拳擦掌，准备大干一番。沈阳的策略是反编译日方的软件，然后自制外部设备配套。这个计划是可行的。如果不考虑售后服务的话。不过后面跟沈阳的谈判出了点岔子，签署的交货期太短，沈阳方面为了拿下这个项目就答应了。但是回去以后他们所长认为根本不可能按期交货，提出延期。以我们老板的宁折不弯性格是绝不会同意的。那就剩下退定金一条路了。
  我们老板嚷嚷着，让他们立刻把定金退回来！当时是俺负责这个事，联系了沈阳方面，两天后，他们所长坐着飞机亲自把支票交到俺的手上。俺当时对老板隐瞒了一件事，就是按照合同法，对方应该双倍返还定金的。不过我们老板那时候还不懂得这个。可是人家懂。俺当过两年公务员所以俺也懂。俺虽然懂可是并没告诉老板。否则事情就复杂了。大家都是场面上的人，俺对他们所长说，这件事就这么算了。你看你是不是免费为我们培训两名操作工一名维修工。来回交通费培训费住宿费由你们承担。如何？他们所长连个磕巴都没打就同意了。这才多少钱。比定金少多了。根本就不是一个数量级的钱嘛。而且这种藕断丝连的关系对方是非常满意的。这等于给后面的合作打下了良好的基础。
  不要小看这个伏笔，对后面跟松下的合作产生了巨大影响。如今在外面混，多个朋友多条路，真是一点不假。
  松下不让步，跟国内厂家合作走不通，我跟老板说，这事交给我吧。老板说行，你打算咋办？我说我搞个整体设计，然后让谁谁谁那个国营大厂给我们做外部设备。设计制造安装调试全都交给他们，但是整体设计必须我们来做，别人也没法做。
  我说，看起来没有接口板我们一筹莫展，但是我们现在要焊接的产品，是在一个平面上焊接很多行51毫米的管与管板的带坡口的焊缝。由于焊接接头是有规律分布的，不同产品行距相同，仅仅是行数不同，那么就可以按照不同规格的产品编程，然后制造一个控制箱，让机器人能够够得着。每焊完一行管板焊缝，编一个程序让机器人去按控制箱上面的前进按钮，我们用一个欧姆龙控制器就能控制机器人前进的行距。只不过要做一个双边驱动的巨大的行走设备，就像市面上出售的切割机那样。把机器人放在上面，让它一个一个地焊接管板焊缝，然后焊完一行，按一次按钮，行走机构就定距前进一行的距离。机器人再重复原来的焊接程序。如此循环往复，就可以焊接了。只需人工按动一个机器人启动按钮，就可以完成整个产品的焊接。
  老板一听大喜！立刻批准了俺的方案。俺立马找了一家做电力机车的国营大厂，人家做这个简直就是小菜一碟，而且人家的控制方案比俺们的欧姆龙好得多也便宜得多，工作还更可靠。就是一个单轴的控制器。实际上可以认为是一个轴的机器人。这个小小的控制器可以让任何行走设备在直线上加速减速定距前进定距后退。速度和加速度都可以编程。距离控制精度比机器人高得多。整整高出一个数量级。松下的机器人定位精度是0.2mm，人家提供的这个单轴机器人定位精度是0.02mm。价格还很便宜。
  难点是双边驱动的交流伺服电机和高精度的减速机。这方面俺事前做了大量功课。跟电力机车工厂谈判的时候直接把产品样本交给他们了。是日本在天津的合资厂出的。传动精度非常高。另外就是高精度的轨道和齿条。这可是恰好做到人家手里了。搞机车的工厂，对轨道是再熟悉不过了。人家没用新轨道，而是用的旧轨道，截短了以后用刨床磨床加工。旧轨道风吹日晒好几十年了，自然时效外加重载列车的碾压，应力早就释放没了所以更加稳定，精度也更高。新轨道存在变形的问题。用个几年有可能由于应力释放的缘故，精度就不够了。
  要不咋说办事要找内行呢。这家电力机车工厂还附带着出产自动切割机。如今这不算啥，可在那个时候这也是高技术产品。一般厂家做不了。我们这个行走设备就是比他们的切割机行走设备要大一点而已。本质上都是一样的。而且人家做齿条是轻车熟路，行走设备的定位精度，电器方面要靠那个单轴机器人，机械方面就要靠这个高精度齿条。
  所以说，找这个合作伙伴也是有一点技术含量的。不然的话，你随便找一家，肯定大包大揽，说能做。毕竟谁都不会把生意往外推。但是最后的效果就大不相同了。
  跟电力机车工厂签合同的时候，价格到了20万。说实话这已经相当便宜了。两个交流伺服电机，两套高精度传动机构，一个巨大的行走车体，5.5m宽，3m长，轨道间距5m，长度20米。高精度齿条和轨道一样长。另外车体焊接完毕以后，好几个安装面都要机械加工，一般的厂子根本就没有这么大的刨床。也做不到这样的精度。个头大还要精度高。很难办的。
  但是谈到最后，对方同意再让价八千块。不过这八千块的功劳俺就让给财务科了。
  俺们公司规定，财务科要对合同进行最后审查盖章，不盖章合同不作数，所以得给他们点甜头。最后谈判的时候，我跟电力机车工厂的人说，一会儿财务科的人来审查合同，跟你们一说，你们就把这八千块让给他们，这样财务科就好交差了。
  对方照此办理。大家皆大欢喜。
  在外面混，有好事大家分。别自己都独吞了。多个朋友多条路。所以俺的合同历来是财务科盖章最痛快的。
  四个月之后，行走设备完工，厂家来人给安装调试。一次就成功了。
  这套行走机构，始终没出过一点毛病，就是坏了一个线路板，其实可以让人家给保修的，不过我们的电工也都是跟老板一个德行的猛汉，看了一下，说就是个电源，马上把它给拆了，然后到仓库里弄了一台废弃的386，把电源拧下来安上去了，没地方搁就用一条绳子吊着，就这么一直用下来。直到不久前坏了一个传动机构。那才是真磨损了。不过都十几年过去了。早够本了。
  好，这边搞定了以后，把日本人请回来搞联调。日本人一看，确实匪夷所思。没有使用他们的接口板，俺们也实现了联动。
  我们国产的非标行走机构一点问题没有，日本松下的机器人却出故障了。俺根据备忘录，说明一下如果你跟老外合作，每天干什么一定要记入备忘录，哪怕随便扯张纸划拉两笔，都是管用的，说明日本松下的传感器有问题。
  日本松下的机器人不是一次到货，而是机器人本体先到，接触传感器和电弧传感器后到。我们老板性子急，没传感器照样开机，给客户看。大家看看吧，俺们厂子就是前卫，这不，都使上机器人啦！同类厂家还都是手工操作吶！那时候俺成天接待参观者，给他们胡侃！吹的天花乱坠地涌金莲。结果接触传感器和电弧传感器装上以后机器人反而总是闹毛病了。
  我跟松下的人说，就是传感器的问题。他们根本不信。从日本召来五个机器人专家，其中两个据他们说是松下的顶尖高手。整整试了半个多月，就是找不到毛病在哪。
  俺做了个实验。不就是两个传感器吗？接触传感器开电弧传感器关，电弧传感器开接触传感器关。两个都开，两个都关。就这四种状态。都试一遍。形式逻辑，否定一个命题，只要拿出一个反证就成立。结果除了两个都关，只要开一个传感器都不正常。虽说肯定一个命题不能通过试错法，但是工程上，对于要求不太高的场合，连续测试几十次不出问题就说明基本上没问题了。
  日本人不得不承认，是他们的传感器问题。
  日本人同意退货。因为没有传感器的机器人就是瞎子，没有工业价值。不能生产。
  日本人还没咋地，我们老板先急了。
  不能退货。老子都把牛逼吹出去了。谁都知道我们的产品是机器人焊接的比手工的要好，而且人家客户为此多花了钱。如今你一家伙把机器人退货了。那么我们是不是也得给客户退钱呢？俺就跟日本人说，我们的产品精度很高，所焊接的是直径51mm的小圆圈。没有电弧传感器也不要紧。就是接触传感器的软件有问题，日本方面一个顶尖高手说，可以绕过去不执行那部分有问题的程序。虽说损失了部分功能，那仅仅就是个商业索赔层面的问题，可以谈。不影响项目执行。
  日本人最后很高兴。这个问题困扰他们很久了，没想到在中国解决了。虽然赔偿了我们27万块钱，还白送给我们一台IBM手提电脑那时候这东西还很贵，但是日本人觉得还是赚了。等于是我不要钱白给他们打工，发现了他们始终没发现的故障。为他们的产品今后打开市场立下了汗马功劳。而且他们不必给我开工资。
  联动的问题就这样解决了。
  后面又发生了机器人死机的问题。也是我解决的。当然过程跌宕起伏，中日双方还进行了一次面对面的技术比武，比的就是机器人编程。一方是国际著名大公司松下的机器人顶尖高手，在业内可以说是声名卓著。另一方是我的两个徒弟没上过高中没见过机器人，仅仅是被沈阳自动化研究所速成培训了七天，日本方面本来成竹在胸要露一手拿回点面子，结果却是我那两个农民工徒弟第一回合大获全胜。第二回合我们让先，结果却再次获胜。双方交手过程极其戏剧化，成为我们茶余饭后永不休止的谈资。当然这是后话了。
  就此打住。

这篇文章也是发在西西河的。如今西西河既然上不去，就只能往这里转移。
这帖子说的是智能机械的应用篇。对于许多初出茅庐的现场工程师有帮助。

怎样建造焊接机器人系统
  不久前俺发布了一篇文章就是“中国与日本的装甲战车相比，谁的焊缝更结实”，其中讨论了焊接装甲战车的机器人系统。引来不少网友的评论。说什么的都有。这倒是引起了俺进一步详细说明建造机器人系统的兴趣。本文将深入讨论一下焊接战车的机器人系统。注意，与汽车生产线的机器人系统完全不同。
    军工领域焊接坦克装甲车的装甲钢板的机器人系统与民用工业焊接挖掘机，推土机等工程机械的焊接机器人系统从本质上来说没有任何区别。今天焊接推土机的车架，明天换一套夹具理论上就可以焊接装甲车的炮塔。当然重新编程的时间没有考虑进去。那么，怎样用尽量少的钱，尽量快的速度，建造一整套优质的焊接机器人系统呢？其中学问很大。并不是钱花得越多就越好。
    作为军工厂或者重型机械厂，要购买机器人系统用于产品制造，首先一条必须任命一位具有扎实基础知识功底，丰富的实践经验，良好的沟通能力并且心理素质稳定的工程师作为项目负责人，以当过兵的复员转业军人为最佳。当然上过战场杀过人的就更理想。
    这是因为，每一个机器人系统都是为客户量身定做的专用设备。供需双方不是一手交钱，一手交货的简单的买卖关系。一套好用的 机器人系统必须要求供应商与客户密切合作才能完成。供应商是机器人系统的专家，客户是产品制造的专家，两者缺一不可。如果客户方面弱势，那就免不了当冤大头。所以，双方是不打不成交，既合作又有矛盾。供应商想尽量多卖些咚咚给客户，客户想尽量少花钱。于是，供应商就忽悠客户，说机器人和它的外部设备的价值比至少是1：5，否则机器人不能发挥作用。需要说明一下，一套机器人系统由机器人本体和外部设备组成，机器人本体有六个轴，外部设备根据需要1－20个轴左右。机器人又叫机械手，就是模仿人的胳膊的一个机器。人的胳膊有几个轴呢？肩关节，肘关节，腕关节，指关节加起来差不多20个轴，机器人本体只有6个轴，比不上人的胳膊，但是每个轴都能360旋转。光是这六个轴只能焊接1米见方这么点地方，坦克炮塔是肯定不能焊的。太大了。所以为了焊接坦克炮塔，还要另外订做至少4个轴才行。坦克炮塔很重，这订做的4个轴必须非常巨大且坚固。既然是巨大的非标设备，当然要比标准的机器人本体多花钱了。供应商卖机器人本体挣不多少钱，卖外部设备才赚钱。这是专门为你订做的嘛。日本的机器人比较便宜，一个机器人本体卖价大约人民币18－25万，不过不单卖。欧洲的机器人本体一个卖价高达6万美元，折合人民币40多万。供应商说，光卖一个裸机是没用的，必须配上外部设备，机器人才能工作，按照供应商说的1：5的比例，买日本机器人系统至少要花100万，买欧洲机器人系统至少要花200万。难怪外国公司在中国的机器人代理商一个个都发的不亦乐乎。买别墅买汽车早就实现小平同志的“先富起来”的小康生活了。面对供应商争先恐后的推销，我们这位上过战场杀过人的工程师该怎么办呢？
    首先第一条必须在众多供应商中间筛选。筛去那些不能达标的供货商。其实每一种机器人都有各自的针对性设计和传统客户，但是非传统客户招标也参加，中标就算赚的，没中也不吃亏。这就考验我们这位项目负责人的理论功底了。这里介绍一个实际案例：
    某厂要买一套机器人系统用于焊接椭圆环缝。也就是两个椭圆钢筒子对接起来焊接。面对十几位供应商，我们这位爷先把自己的产品焊缝做了个简单的数学建模。也就是把工程问题变成一个数学问题。题曰：在一铅垂平面中有一转动的椭圆与一水平直线滑动相切，水平直线在椭圆上面。当椭圆转动时，切点呈匀速运动，速度500毫米每秒。求切点的运动方程以及切点在椭圆各处的瞬时速度。题目是我们这位爷自己出的，但是自己解不出来，于是请教了一位数学专业的硕士研究生，一下子就给算出来了。由此得知本系统需要的机器人工作范围，空间位置和系统的运动速度。
    然后一个一个拷问供应商。很多屁也不懂的供应商立马就被淘汰了。有些机器人系统会出现干涉，自己不达标反过来要求我们这位爷增加外部轴，也被淘汰。有些基本达标但是工作范围接近极限，可靠性成问题。剩下最后两家，日本一家欧洲一家。欧洲那一家大包大揽表示可以达标并且同意进行计算机仿真，在计算机上实现机器人系统的操作让客户观摩，日本那一家闪烁其辞，始终不敢包揽焊接完整的铅垂平面中的巨大椭圆。后来当然是欧洲货中标。
    日本与欧洲在这方面的差距是日本很少有“数学建模”专业化公司。这种公司欧洲美国很多，专门负责把各种工程问题转化成数学模型然后卖给比如机器人公司，机器人公司就根据买来的数学模型编制机器人的系统程序。当然欧洲机器人就比日本机器人聪明。顺便提一句，中国虽然没有自己的机器人系统，沈阳的机器人不算(上次发帖说错了。把沈阳的机器人说成是长春的，在此致歉)，但是把人家的机器人软件拿过来反编译倒是很内行。这种到处推销数学模型的公司才是真正的第三产业，中国的第三产业还停留在剃头洗脚餐饮零售这么个层次。建议各位大学毕业找不到工作的朋友趁着高等数学还没忘光不妨自己开公司干这个。不需要什么投入来钱却快得多。
    好，现在我们选定了供应商，下面开始技术谈判，具体的就不说了，不过合同中必须说明产品的型号，规格，性能，产地。而不能简单地说某某型号。比如机器人的核心机是一台工控机，其CPU，内存，硬盘，主板等都要写明。机器人精度不能只是说明机器人本体的精度，必须说明是机器人系统 的精度，这里不妨给供应商下个套，一般机器人精度都是指本体精度，加上外部轴精度肯定下降，达不到本体精度，如果合同执行顺利就算了，如果自己这方面有违约的现象，比如设备到货地基没准备好等等，就可以拿这个说事儿。大家都有违约情况，谁也不要说谁了。还有就是产地，比如机器人本体是在奥地利制造的，外部设备是在匈牙利制造的。奥地利和匈牙利虽然是姑表亲，但是工资水平不一样。外部设备不能按照本体价钱计算。就看你谈判桌上怎么忽悠了。成不成两说着，至少供应商知道你是个刺儿头，不敢太出格。
    另外机器人焊接范围毕竟不能同人相比，所以设计图纸最好按照机器人的可达性进行修改，坦克炮塔的设计都是考虑到这一点的，便于在战争期间大批量制造。并且具有良好的互换性，各车之间可以轻易实现战损组装。但是民用领域往往做不到这一点。这是因为民用企业老总智商一般要比军工企业老总的智商低二十个百分点。比如那个三一重工出产的泵车，全手工制造，全手工装配，基本没得互换性。也不适合机器人焊接。所以至今还是手工焊接。我们这位爷的那家工厂就不同，把需要机器人焊接的部件进行了工艺改进，基本实现了毛坯制造机械化。自动化。产品具有了良好的一致性。毛坯质量大幅度提高。具备了使用机器人系统的先决条件。
    经过紧张激烈的技术谈判和商务谈判，合同终于签署，其中有一条出国培训条款，我们这位爷要提前半年发通知，在厂内海选出国培训人员。一般应当选取优秀的焊工。当初我们这位爷通知一发，连食堂做饭的大师傅都报名。这是好事，说明大家关心企业发展么。当然，最终的出国培训人员要上级确定，但是我们这位爷牢牢掌握提名权。
    到外国培训是非常必要的。不是说去看花花世界，而是一套系统好几百万甚至几千万，比个法拉利F50还贵。你敢把你的法拉利F50让一个菜鸟拿去学开车么？所以，到欧洲用他们专业的培训机器人系统学习很必要。况且维也纳风景是很不错的亚。
    好，现在机器人已经到货，你的操作工也从欧洲回来了。设备要安装了。我们这位爷时刻在现场盯着。欧洲人生性豁达，经常不拘小节，在你的系统上面试验他们的beta程序，结果有一次机器人系统的一个立轴发生滑坠现象被我们这位爷发现了，立马记载到备忘录。还有一次膨胀螺钉孔清理的不干净，我们这位爷不让老外搞，让自己的机修工搞，比老外搞得好。最后安装完毕，就要试车了，我们这位爷下令拆除系统重新安装，理由是会出现干涉现象。老外说怎么不早说呢，爷说不安装起来怎么知道会干涉呢，你们答应的计算机仿真没搞吧？结果又把老外噎住了。最后老外说那耽误的工期怎么办，费用算谁的。爷说重新安装以后如果俺说的不对，算俺们的，企业不给你钱俺给你钱，要是俺说得对算你们的，你们赔现金给俺们怎么样。老外没敢接碴。重新安装以后果然如爷所说。其实爷就是一把卷尺，在现场比划几下就得出结论的。不过老外设计上也是打着富余的，每个安装位置都有两套螺钉孔。这次果然用上了。这也是欧洲比日本强的地方。
    日本搞机器人系统总是闷头搞，不跟用户交流。出了问题总是解决不了。爷搞过日本机器人系统。是在一个平面上焊接一个个51毫米直径的小圆圈。怎么调试都不行，机器人总是死机，这是由于日本机器人不是专门用来焊接的，机器人原地焊接小圆圈需要六个轴大角度旋转，如此本体6个轴之间夹角可能处于180度位置，人的大臂和小臂180度，大脑是能够指挥的，但是日本机器人的80386的CPU不行，夹角一旦处于180度就死机不动了。按照日本人的说法必须增加外部轴，那不是一二十万能解决的。此外还有程序紊乱现象。日本砖家如热锅上的蚂蚁却一筹莫展。爷改变了焊接位置，从斜角焊变为平焊，且电弧不摆动(日本机器人电弧必须摆动)，死机的问题一下子就解决了。但是管板焊缝用平焊位置，的确是个创新。一般人俺不告诉他。至于程序紊乱，爷说是机器人的两个传感器造成的。其中一个可以拆除，另一个可以绕过有bug的程序。日本人不信，结果爷做了四种试验，证明两个传感器必须关闭才正常。问题虽然找到了，但是路径堵死了。日本专家很懊丧。因为没有传感器的机器人就是瞎子，什么都干不了。爷说我们焊接的是小圆圈，没有电弧传感器没问题。当然最后按爷的办法终于调试成功。日本人付给爷的公司27万元并且赠送一台IBM的手提电脑。日本人问爷是怎么发现这些问题的？爷说没什么秘密。就是把日本砖家每天干什么都一五一十记下来。根据记录，就是发现安装了传感器之后，问题就出现了。
    这里不是抬高欧洲人贬低日本人。欧洲人有时候也很不讲理。比如欧洲那个搞安装的工程师是个匈牙利人，以前是匈牙利空军的机械师。解体以后日子越过越差就到奥地利打工，还没结婚所以自报奋勇到中国来。知道中国姑娘又温柔又漂亮还什么都会。找一个中国妻子不仅仅是一个妻子，还是一个厨师，护士，保育员，甚至还是一个技师，比如衣服的拉链坏了，中国妻子用肥皂擦了一下就修好了。这在欧洲就是技师的活儿。所以匈牙利这厮一边工作一边跟工厂的小姑娘眉来眼去。这厮高大威猛，倒也讨得小姑娘们的喜欢。最后终于在西安，一个叫杨蔓的女孩被娶走了。爷怎么知道这事情的呢。原来匈牙利这厮在发往爷的工厂的每个包装箱上都用毛笔(不是欧洲的油画笔)写上杨蔓，杨蔓，杨蔓……；要说这西方人就是和东方人不一样。就算是练习签名吧，也要写你自己的名字亚？怎么把自己老婆的名字到处写呢？最后在西安那家工厂举办了隆重的中国式婚礼。完事了该安装设备了吧？没有。还要到匈牙利继续举行欧洲式的婚礼。安装工作要推迟至少半个月。最后是娶走了厂里的靓妹，耽误了厂里的买卖，还得备了一份礼品送他们夫妇双双把家还。这也就是中国人，讲究宁拆十座庙，不破一个婚。搁在外国人哪有这样的人情味，那是一定要按照合同罚款的咧。
     最后说一句，跟日本人合作的那一套机器人系统最后外部设备实际上花了多少钱呢？按照日本佬说的一比五的比例，机器人本体大概三十来万，这是当时的价格，那么外部设备就得一百五十万。实际上只花了十九万二千元。日本佬本来不相信爷不求他们自己就能做外部设备的。日本佬认为他们掌握着接口信息，不给你接口数据你的机器人外部设备自己做了但是跟机器人本体联动不起来。做了也白做。所以当时日本佬是抄着手打算看爷的笑话的。
    后来爷的机器人系统，日本的本体自己做的外部设备，搞成了让他们来联调，双方共同验收。爷一个按钮一按，整体系统照样完成联动。当然爷对日本人的机器人系统的外部接口是根本不知道的，那么怎样搞成的呢？下回分解。

  这一帖是顶楼帖子的续文。说实话本帖关注的人比较少。不客气的说，一般的技术员很难爬到这一层次。也就是负责技术改造项目的层次。大多数焊接技术人员还处在现场工程师的层次。俺也是从这个层次干起的。不过既然有人对此感兴趣，那么本帖要是再不拿出点干货出来那可就对不起观众了。
  闲话少说，咱就表一表如何不使用机器人接口硬件实现机器人本体与自制外部设备的联动。
  看起来很神秘，说破了大家哈哈一笑。就是一层窗户纸。
  当年俺们买了日本松下公司的五台机器人。可是谈到外部设备的价格的时候，几轮谈判下来死活就是达不成协议。为什么呢？这得怪我们老板。我们老板当时也是年轻气盛，生意还没谈成的时候，他老人家，这么说是对我们老板的尊敬，居然就先掏钱把那五台机器人给买回来了。
  机器人是一个系统，先花钱买了五台裸机等于是把自己置于进一步谈判的非常不利的地位了。不用说各位也知道，买了松下的机器人，那外部设备必须都得买松下的。买别人的根本不可能。等于是老板自己做了个套，自己把脖子伸进去了。
  你把谈判先手慨然相让，那日本人能不趁机狠狠敲你一笔吗？当然后面的价格谈判达不成协议。没错，日本人一点都不着急，着急的应该是我们中方。
  出一道智力测验题目：
  问：在如此形势下，除了吊死在松下这棵树上，我们还有别的路走吗？
  答：没有。
  在此盗用范伟的一句名言：恭喜你答对了，松下也是这么想滴。
  不过我们老板就是气盛，虽说第一步走错了可是宁死不给日本人低头。真汉子！这点我佩服！
  我们老板先是找了沈阳自动化研究所，让他们给配外部设备。人家也答应了。这帮沈阳汉子也是毛头小子居多，听说要反编译日本松下的机器人软件，一个个摩拳擦掌，准备大干一番。沈阳的策略是反编译日方的软件，然后自制外部设备配套。这个计划是可行的。如果不考虑售后服务的话。不过后面跟沈阳的谈判出了点岔子，签署的交货期太短，沈阳方面为了拿下这个项目就答应了。但是回去以后他们所长认为根本不可能按期交货，提出延期。以我们老板的宁折不弯性格是绝不会同意的。那就剩下退定金一条路了。
  我们老板嚷嚷着，让他们立刻把定金退回来！当时是俺负责这个事，联系了沈阳方面，两天后，他们所长坐着飞机亲自把支票交到俺的手上。俺当时对老板隐瞒了一件事，就是按照合同法，对方应该双倍返还定金的。不过我们老板那时候还不懂得这个。可是人家懂。俺当过两年公务员所以俺也懂。俺虽然懂可是并没告诉老板。否则事情就复杂了。大家都是场面上的人，俺对他们所长说，这件事就这么算了。你看你是不是免费为我们培训两名操作工一名维修工。来回交通费培训费住宿费由你们承担。如何？他们所长连个磕巴都没打就同意了。这才多少钱。比定金少多了。根本就不是一个数量级的钱嘛。而且这种藕断丝连的关系对方是非常满意的。这等于给后面的合作打下了良好的基础。
  不要小看这个伏笔，对后面跟松下的合作产生了巨大影响。如今在外面混，多个朋友多条路，真是一点不假。
  松下不让步，跟国内厂家合作走不通，我跟老板说，这事交给我吧。老板说行，你打算咋办？我说我搞个整体设计，然后让谁谁谁那个国营大厂给我们做外部设备。设计制造安装调试全都交给他们，但是整体设计必须我们来做，别人也没法做。
  我说，看起来没有接口板我们一筹莫展，但是我们现在要焊接的产品，是在一个平面上焊接很多行51毫米的管与管板的带坡口的焊缝。由于焊接接头是有规律分布的，不同产品行距相同，仅仅是行数不同，那么就可以按照不同规格的产品编程，然后制造一个控制箱，让机器人能够够得着。每焊完一行管板焊缝，编一个程序让机器人去按控制箱上面的前进按钮，我们用一个欧姆龙控制器就能控制机器人前进的行距。只不过要做一个双边驱动的巨大的行走设备，就像市面上出售的切割机那样。把机器人放在上面，让它一个一个地焊接管板焊缝，然后焊完一行，按一次按钮，行走机构就定距前进一行的距离。机器人再重复原来的焊接程序。如此循环往复，就可以焊接了。只需人工按动一个机器人启动按钮，就可以完成整个产品的焊接。
  老板一听大喜！立刻批准了俺的方案。俺立马找了一家做电力机车的国营大厂，人家做这个简直就是小菜一碟，而且人家的控制方案比俺们的欧姆龙好得多也便宜得多，工作还更可靠。就是一个单轴的控制器。实际上可以认为是一个轴的机器人。这个小小的控制器可以让任何行走设备在直线上加速减速定距前进定距后退。速度和加速度都可以编程。距离控制精度比机器人高得多。整整高出一个数量级。松下的机器人定位精度是0.2mm，人家提供的这个单轴机器人定位精度是0.02mm。价格还很便宜。
  难点是双边驱动的交流伺服电机和高精度的减速机。这方面俺事前做了大量功课。跟电力机车工厂谈判的时候直接把产品样本交给他们了。是日本在天津的合资厂出的。传动精度非常高。另外就是高精度的轨道和齿条。这可是恰好做到人家手里了。搞机车的工厂，对轨道是再熟悉不过了。人家没用新轨道，而是用的旧轨道，截短了以后用刨床磨床加工。旧轨道风吹日晒好几十年了，自然时效外加重载列车的碾压，应力早就释放没了所以更加稳定，精度也更高。新轨道存在变形的问题。用个几年有可能由于应力释放的缘故，精度就不够了。
  要不咋说办事要找内行呢。这家电力机车工厂还附带着出产自动切割机。如今这不算啥，可在那个时候这也是高技术产品。一般厂家做不了。我们这个行走设备就是比他们的切割机行走设备要大一点而已。本质上都是一样的。而且人家做齿条是轻车熟路，行走设备的定位精度，电器方面要靠那个单轴机器人，机械方面就要靠这个高精度齿条。
  所以说，找这个合作伙伴也是有一点技术含量的。不然的话，你随便找一家，肯定大包大揽，说能做。毕竟谁都不会把生意往外推。但是最后的效果就大不相同了。
  跟电力机车工厂签合同的时候，价格到了20万。说实话这已经相当便宜了。两个交流伺服电机，两套高精度传动机构，一个巨大的行走车体，5.5m宽，3m长，轨道间距5m，长度20米。高精度齿条和轨道一样长。另外车体焊接完毕以后，好几个安装面都要机械加工，一般的厂子根本就没有这么大的刨床。也做不到这样的精度。个头大还要精度高。很难办的。
  但是谈到最后，对方同意再让价八千块。不过这八千块的功劳俺就让给财务科了。
  俺们公司规定，财务科要对合同进行最后审查盖章，不盖章合同不作数，所以得给他们点甜头。最后谈判的时候，我跟电力机车工厂的人说，一会儿财务科的人来审查合同，跟你们一说，你们就把这八千块让给他们，这样财务科就好交差了。
  对方照此办理。大家皆大欢喜。
  在外面混，有好事大家分。别自己都独吞了。多个朋友多条路。所以俺的合同历来是财务科盖章最痛快的。
  四个月之后，行走设备完工，厂家来人给安装调试。一次就成功了。
  这套行走机构，始终没出过一点毛病，就是坏了一个线路板，其实可以让人家给保修的，不过我们的电工也都是跟老板一个德行的猛汉，看了一下，说就是个电源，马上把它给拆了，然后到仓库里弄了一台废弃的386，把电源拧下来安上去了，没地方搁就用一条绳子吊着，就这么一直用下来。直到不久前坏了一个传动机构。那才是真磨损了。不过都十几年过去了。早够本了。
  好，这边搞定了以后，把日本人请回来搞联调。日本人一看，确实匪夷所思。没有使用他们的接口板，俺们也实现了联动。
  我们国产的非标行走机构一点问题没有，日本松下的机器人却出故障了。俺根据备忘录，说明一下如果你跟老外合作，每天干什么一定要记入备忘录，哪怕随便扯张纸划拉两笔，都是管用的，说明日本松下的传感器有问题。
  日本松下的机器人不是一次到货，而是机器人本体先到，接触传感器和电弧传感器后到。我们老板性子急，没传感器照样开机，给客户看。大家看看吧，俺们厂子就是前卫，这不，都使上机器人啦！同类厂家还都是手工操作吶！那时候俺成天接待参观者，给他们胡侃！吹的天花乱坠地涌金莲。结果接触传感器和电弧传感器装上以后机器人反而总是闹毛病了。
  我跟松下的人说，就是传感器的问题。他们根本不信。从日本召来五个机器人专家，其中两个据他们说是松下的顶尖高手。整整试了半个多月，就是找不到毛病在哪。
  俺做了个实验。不就是两个传感器吗？接触传感器开电弧传感器关，电弧传感器开接触传感器关。两个都开，两个都关。就这四种状态。都试一遍。形式逻辑，否定一个命题，只要拿出一个反证就成立。结果除了两个都关，只要开一个传感器都不正常。虽说肯定一个命题不能通过试错法，但是工程上，对于要求不太高的场合，连续测试几十次不出问题就说明基本上没问题了。
  日本人不得不承认，是他们的传感器问题。
  日本人同意退货。因为没有传感器的机器人就是瞎子，没有工业价值。不能生产。
  日本人还没咋地，我们老板先急了。
  不能退货。老子都把牛逼吹出去了。谁都知道我们的产品是机器人焊接的比手工的要好，而且人家客户为此多花了钱。如今你一家伙把机器人退货了。那么我们是不是也得给客户退钱呢？俺就跟日本人说，我们的产品精度很高，所焊接的是直径51mm的小圆圈。没有电弧传感器也不要紧。就是接触传感器的软件有问题，日本方面一个顶尖高手说，可以绕过去不执行那部分有问题的程序。虽说损失了部分功能，那仅仅就是个商业索赔层面的问题，可以谈。不影响项目执行。
  日本人最后很高兴。这个问题困扰他们很久了，没想到在中国解决了。虽然赔偿了我们27万块钱，还白送给我们一台IBM手提电脑那时候这东西还很贵，但是日本人觉得还是赚了。等于是我不要钱白给他们打工，发现了他们始终没发现的故障。为他们的产品今后打开市场立下了汗马功劳。而且他们不必给我开工资。
  联动的问题就这样解决了。
  后面又发生了机器人死机的问题。也是我解决的。当然过程跌宕起伏，中日双方还进行了一次面对面的技术比武，比的就是机器人编程。一方是国际著名大公司松下的机器人顶尖高手，在业内可以说是声名卓著。另一方是我的两个徒弟没上过高中没见过机器人，仅仅是被沈阳自动化研究所速成培训了七天，日本方面本来成竹在胸要露一手拿回点面子，结果却是我那两个农民工徒弟第一回合大获全胜。第二回合我们让先，结果却再次获胜。双方交手过程极其戏剧化，成为我们茶余饭后永不休止的谈资。当然这是后话了。
  就此打住。