焊接機器人(精)

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1、1 概述1 1 新一代自動焊接的手段工業(yè)機器人作為現(xiàn)代制造技術發(fā)展的重要標志之一和新興技術產業(yè)， 已為世人所認同。并正對現(xiàn)代高技術產業(yè)各 領域以至人們的生活產生了重要影響。從 1962 年美國推出世界上第一臺 Unimate 型和 Versatra 型工業(yè)機器人以來，根據國際機器人協(xié)會截止到1996 年底的統(tǒng)計，先后已有 84 萬臺，現(xiàn)有大約 68 萬臺工業(yè)機器人服役于世界各國的工業(yè)界。預計到 2000 年，工 業(yè)機器人總數(shù)將超過 95 萬臺。我國工業(yè)機器人的發(fā)展起步較晚，但從 20 世紀 80 年代以來進展較快， 1985 年研制成功華字型弧焊機器人， 1987 年研制成功上海 1 號、 2

2、 號弧焊機器人， 1987 年又研制成功華字型點焊機器人，都已初步商品化，可小批量 生產。 1989 年，我國以國產機器人為主的汽車焊接生產線的投入生產，標志著我國工業(yè)機器人實用階段的開始。焊接機器人是應用最廣泛的一類工業(yè)機器人，在各國機器人應用比例中大約占總數(shù)的40 %60 %。我國目前大約有 600 臺以上的點焊、弧焊機器人用于實際生產。采用機器人焊接是焊接自動化的革命性進步，它突破了傳統(tǒng)的焊接剛性自動化方式，開拓了一種柔性自動化新方 式。剛性自動化焊接設備一般都是專用的，通常用于中、大批量焊接產品的自動化生產，因而在中、小批量產品焊接 生產中，焊條電弧焊仍是主要焊接方式，焊接機器人使小批

3、量產品的自動化焊接生產成為可能。就目前的示教再現(xiàn)型 焊接機器人而言，焊接機器人完成一項焊接任務，只需人給它做一次示教，它即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作，如 要機器人去做另一項工作，無須改變任何硬件，只要對它再做一次示教即可。因此，在一條焊接機器人生產線上，可 同時自動生產若干種焊件。焊接機器人的主要優(yōu)點如下：1) 易于實現(xiàn)焊接產品質量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性；2) 提高生產率，一天可 24h 連續(xù)生產；3) 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作：4) 降低對工人操作技術難度的要求；5) 縮短產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資；6) 可實現(xiàn)小批量產品焊接自動化；7) 為焊接柔性生產

4、線提供技術基礎。1 2 工業(yè)機器人定義和分代概念 關于工業(yè)機器人的定義尚未統(tǒng)一，目前聯(lián)合國標準化組織采用的美國機器人協(xié)會的定義如下：工業(yè)機器人是一種可重復編程和多功能的、用來搬運物料、零件、工具的機械手，或能執(zhí)行不同任務而具有可改變的和可編程動作的專 門系統(tǒng)，這個定義不能概括工業(yè)機器人的今后發(fā)展，但可說明目前工業(yè)機器人的主要特點。工業(yè)機器人的發(fā)展大致可分為三代。 第一代機器人，即目前廣泛使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，這類機器人對環(huán)境的變化沒有應變或適應能力。第二代機器人，即在示教再現(xiàn)機器人上加感覺系統(tǒng)，如視覺、力覺、觸覺等。它具有對環(huán)境變化的適應能力，目前已有部分傳感機器人投入實際應用。第三代機

5、器人，即智能機器人，它能以一定方式理解人的命令，感知周圍的環(huán)境、識別操作的對象，并自行規(guī)劃 操作順序以完成賦予的任務，這種機器人更接近人的某些智能行為。目前尚處實驗室研究階段。1 3 工業(yè)機器人主要名詞術語1) 機械手 (Manipulator) 也可稱為操作機。具有和人臂相似的功能，可在空間抓放物體或進行其他操作的機械 裝置。2) 驅動器 (Actuator) 將電能或流體能轉換成機械能的動力裝置曠3) 末端操作器 (End Effector) 位于機器人腕部末端、直接執(zhí)行工作要求的裝置。如夾持器、焊槍、焊鉗等。4) 位姿 (Pose) 工業(yè)機器人末端操作器在指定坐標系中的位置和姿態(tài)。5)

6、工作空間 (Working Space) 工業(yè)機器人執(zhí)行任務時，其腕軸交點能在空間活動的范圍。6) 機械原點 (MechanicalOrigin) 工業(yè)機器人各自由度共用的，機械坐標系中的基準點。7) 工作原點 (Work Origin) 工業(yè)機器人工作空間的基準點。8) 速度 (Velocity) 機器人在額定條件下，勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內所移動的 距離或轉動的角度。9) 額定負載 (Rated load) 工業(yè)機器人在限定的操作條件下，其機械接口處能承受的最大負載 ( 包括末端操作 器 ) ，用質量或力矩表示。10) 重復位姿精度 (PoseRepeatabi

7、lity) 工業(yè)機器人在同一條件下，用同一方法操作時，重復 t 次所測得的 位姿一致程度。11) 軌跡重復精度 (PathRepeatability) 工業(yè)機器人機械接口中心沿同一軌跡跟隨 x 次所測得的軌跡之間的一 致程度。12) 點位控制 (PointToPointContr01) 控制機器人從一個位姿到另一個位姿，其路徑不限。13) 連續(xù)軌跡控制 (Continuous PathContr01)控制機器人的機械接口，按編程規(guī)定的位姿和速度，在指定的軌跡上運動。14) 存儲容量 (Memory Capacity) 計算機存儲裝置中可存儲的位置、順序、速度等信息的容量，通常用時間或位 置點數(shù)

8、來表示。15) 外部檢測功能 (External MeasuringAbility)機器人所具備對外界物體狀態(tài)和環(huán)境狀況等的檢測能力。16) 內部檢測功能 (Internal MeasuringAbility)機器人對本身的位置、速度等狀態(tài)的檢測能力。17) 自診斷功能 (SelfDiagnosisAbility) 機器人判斷本身全部或部分狀態(tài)是否處于正常的能力。2 工業(yè)機器人工作原理及其基本構成2 1 工業(yè)機器人工作原理現(xiàn)在廣泛應用的焊接機器人都屬于第一代工業(yè)機器人，它的基本工作原理是示教再現(xiàn)。示教也稱導引，即由用戶 導引機器人，一步步按實際任務操作一遍，機器人在導引過程中自動記憶示教的每個

9、動作的位置、姿態(tài)、運動參數(shù) 工藝參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機器人一個啟動命令，機器人將精確地 按示教動作，一步步完成全部操作。這就是示教與再現(xiàn)。實現(xiàn)上述功能的主要工作原理，簡述如下：(1) 機器人的系統(tǒng)結構 一臺通用的工業(yè)機器人，按其功能劃分，一般由 3 個相互關連的部分組成：機械手總成、 控制器、示教系統(tǒng)，如圖 1 所示。機械手總成是機器人的執(zhí)行機構，它由驅動器、傳動機構、機器人臂、關節(jié)、末端操作器、以及內部傳感器等組 成。它的任務是精確地保證末端操作器所要求的位置，姿態(tài)和實現(xiàn)其運動。filtf手總成傳動機構機械手機構慮端掾作器J1殲境歷任務傳卜 JSI

10、I系統(tǒng)支撐軟杵機器人語宵運動學軟件控制算法軟件圖1工業(yè)機器人的基本結構控制器是機器人的神經中樞。它由計算機硬件、軟件和一些專用電路構成，其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機器人 專用語言、機器人運動學、動力學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷、白保護功能軟件等，它處理機器人工作過 程中的全部信息和控制其全部動作。示教系統(tǒng)是機器人與人的交互接口，在示教過程中它將控制機器人的全部動作，并將其全部信息送入控制器的存 儲器中，它實質上是一個專用的智能終端。(2) 機器人手臂運動學機器人的機械臂是由數(shù)個剛性桿體由旋轉或移動的關節(jié)串連而成，是一個開環(huán)關節(jié)鏈，開鏈的一端固接在基座上，另一端是自由的，安裝著末端操作器

11、(如焊槍)，在機器人操作時，機器人手臂前端的末端操作器必須與被加工工件處于相適應的位置和姿態(tài)，而這些位置和姿態(tài)是由若干個臂關節(jié)的運動所合成的。因此， 機器人運動控制中，必須要知道機械臂各關節(jié)變量空間和末端操作器的位置和姿態(tài)之間的關系，這就是機器人運動學 模型。一臺機器人機械臂幾何結構確定后，其運動學模型即可確定，這是機器人運動控制的基礎。機器人手臂運動學中有兩個基本問題。1) 對給定機械臂，己知各關節(jié)角矢量g(f)=gl(t)，g2(t)，gn(i)'，其中n為自由度。求末端操作器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)，稱之為運動學正問題。在機器人示教過程中。機器人控制器即逐點進行運動學正問題運

12、算。2) 對給定機械臂，已知末端操作器在參考坐標系中的期望位置和姿態(tài)，求各關節(jié)矢量，稱之為運動學逆問題。在 機器人再現(xiàn)過程中，機器人控制器即逐點進行運動學逆問題運算，將角矢量分解到機械臂各關節(jié)。運動學正問題的運算都采用D-H法，這種方法采用 4X4齊次變換矩陣來描述兩個相鄰剛體桿件的空間關系，把正問題簡化為尋求等價的4X4齊次變換矩陣。逆問題的運算可用幾種方法求解，最常用的是矩陣代數(shù)、迭代或幾何方法Ob在此不作具體介紹，可參考文獻1。對于高速、高精度機器人，還必須建立動力學模型，由于目前通用的工業(yè)機器人(包括焊接機器人)最大的運動速度都在3m / s內，精度都不高于 0.1mm，所以都只做簡單

13、的動力學控制，動力學的計算方法可參考文獻正1 3。(3) 機器人軌跡規(guī)劃 機器人機械手端部從起點 (包括，位置和姿態(tài))到終點的運動軌跡空間曲線叫路徑，軌跡 規(guī)劃的任務是用一種函數(shù)來“內插”或“逼近”給定的路徑，并沿時間軸產生一系列“控制設定點”，用于控制機械手運動。目前常用的軌跡規(guī)劃方法有關節(jié)變量空間關節(jié)插值法和笛卡爾空間規(guī)劃兩種方法。具體算法可參考文獻1 , 4(4) 機器人機械手的控制當一臺機器人機械手的動態(tài)運動方程已給定。它的控制目的就是按預定性能要求保持機械手的動態(tài)響應。但是由于機器人機械手的慣性力、耦合反應力和重力負載都隨運動空間的變化而變化，因此要對它 進行高精度乙斗高速、高動態(tài)晶

14、質的控制是相當復雜而困難的，現(xiàn)在正在為此研究和發(fā)展許多新的控制方法。目前工業(yè)機器人上采用的控制方法是把機械手上每一個關節(jié)都當作一個單獨的伺服機構，即把一個非線性的、關節(jié)間耦合的變負載系統(tǒng)，簡化為線性的非耦合單獨系統(tǒng)。每個關節(jié)都有兩個伺服環(huán)，機械手伺服控制系統(tǒng)見圖2外環(huán)提供位置誤差信號，內環(huán)由模擬器件和補嘗器(具有衰減速度的微分反饋)組成，兩個伺服環(huán)的增益是固定不變的。因此基本上是一種比例積分微分控制方法(PID 法)。這種控制方法，只適用于目前速度、精度要求不高和負荷不大的圖2機械手伺服控制體系結構(5) 機器人編程語言 機器人編程語言是機器人和用戶的軟件接口，編程語言的功能決定了機器人的適應

15、性和給用戶的方便性，至今還沒有完全公認的機器人編程語言，每個機器人制造廠都有自己的語言。實際上，機器人編程與傳統(tǒng)的計算機編程不同，機器人操作的對象是各類三維物體，運動在一個復雜的空間環(huán)境， 還要監(jiān)視和處理傳感器信息。因此其編程語言主要有兩類：面向機器人的編程語言和面向任務的編程語言。面向機器人的編程語言的主要特點是描述機器人的動作序列，每一條語句大約相當于機器人的一個動作，整個程 序控制機器入完種：1) 專用的機器人語言，如 PUMA機器人的VAL語言，是專用的機器人控制語言，它的最新版本是VAL-I和V+ 2222222。2) 在現(xiàn)有計算機語言的基礎上加機器人子程序庫。如美國機器人公司開發(fā)的

16、AR Basic和In telledex公司的Robot Basic 語言，都是建立在 BASIC 語言上的。3) 開發(fā)一種新的通用語言加上機器人子程序庫。如IBM公司開發(fā)的AML機器人語言。面向任務的機器人編程語言允許用戶發(fā)出直接命令，以控制機器人去完成一個具體的任務，而不需要說明機器人需要采取的每一個動作的細節(jié)。如美國的RCCL機器人編程語言，就是用 C語言和一組C函數(shù)來控制機器人運動的任務級機器人語言。焊接機器人的編程語言，目前都屬于面向機器人的語言，面向任務的機器人語言尚屬開發(fā)階段。大都是針對裝配 作業(yè)的需要。2. 2工業(yè)機器人的基本構成工業(yè)機器人的基本構成，可參見圖3和圖4。圖3為一

17、臺電動機驅動的工業(yè)機器人，圖4為一臺液壓驅動的工業(yè)機器人。焊接機器人基本上都屬于這兩類工業(yè)機器人，弧焊機器人大多采用電動機驅動機器人，因為焊槍重量一 般都在10kg以內。點焊機器人由于焊鉗重量都超過35kg。也有采用液壓驅動方式的，因為液壓驅動機器人抓重能力大，但大多數(shù)點焊機器人仍是采用大功率伺服電動機驅動，因它成本較低，系統(tǒng)緊湊。工業(yè)機器人是由機械手、控 制器、驅動器和示教盒 4個基本部分構成。對于電動機驅動機器人，控制器和驅動器一般裝在一個控制箱內，而液壓 驅動機器人，液壓驅動源單獨成一個部件，現(xiàn)分別簡述如下：(1) 機械手 機器人機械手又稱操作機，是機器人的操作部分，由它直接帶動末端操作

18、器(如焊槍飛點焊鉗)實現(xiàn)各種運動和操作，它的結構形式多種多樣，完全根據任務需要而定，其追求的目標是高精度、高速度、高靈活性、 大工作空間和模塊化?，F(xiàn)在工業(yè)機器人機械手的主要結構形式有如下3種：1) 機床式 這種機械手結構類似機床。其達到空間位置的3個運動(x y z)是由直線運動構成，其末端操作器的姿態(tài)由旋轉運動構成，如圖5所示，這種形式的機械手優(yōu)點是運動學模型簡單，控制精度容易提高；缺點是機構較龐大，占地面積大、工作空間小。簡易和專用焊接機器人常采用這種形式。顯麗戢和犍盤機鑑人圖3電動機驅動工業(yè)機器人肘伸枚圖4液壓機驅動工業(yè)機器人2) 全關節(jié)式 這種機械手的結構類似人的腰部和手部，其位置和姿

19、態(tài)全部由旋轉運動實現(xiàn)，圖6為正置式全關節(jié)機械手，圖7為偏置式全關節(jié)機械手。這是工業(yè)機器人機械手最普遍的結構形式。其特點是機構緊湊、靈活性好、占地 面積小、工作空間大，缺點是精度高、控制難度大。偏置式與正置式的區(qū)別是手腕關節(jié)置于小臂的外側或小臂活動范 圍，但其運動學模型要復雜一些。目前焊接機器人主要采用全關節(jié)式機械手。y圖5機床式機械手3）平面關節(jié)式 這種機械手的機構特點是上下運動由直線運動構成，其他運動均由旋轉運動構成。這種結構在垂直 方向剛度大，水平方向又十分靈活，較適合以插裝為主的裝配作業(yè)，所以被裝配機器人廣泛采用，又稱為SCARA型機械手，如圖 8所示。機器人機械手的具體結構雖然多種多樣

20、，但都是由常用的機構組合而成?，F(xiàn)以美國PUMA機械手為例來簡述其內部機構，見圖 9。它是由機座、大臂、小臂、手腕4部分構成，機座與大臂、大臂與小臂、小臂與手腕有3個旋轉關節(jié)，以保證達到工作空間的任意位置，手腕中又有3個旋轉關節(jié)：腕轉、腕曲、腕擺，以實現(xiàn)末端操作器的任意空間姿態(tài)。手腕的端部為一法蘭，以連接末端操作器。每個關節(jié)都由一臺伺服電動機驅動，PUMA機械手是采用齒輪減速、桿傳動，但不同廠家采用的機構不盡相同，減速機構常用的是 4種方式：齒輪、諧波減速器、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿。傳動方式有桿傳動、鏈條傳動、齒輪傳動等。 其技術關鍵是要保證傳動雙向無間隙（即正反傳動均無間隙 ），這是機器人精度的機

21、械保證，當然還要求效率高，機構緊湊。圖8平面關節(jié)機械手圖9 PUMA機械手機構（2）驅動器 由于焊接機器人大多采用伺服電動機驅動，這里只介紹這類驅動器。工業(yè)機器人目前采用的電動機驅動器 可分為4類：1）步進電動機驅動器 它采用步進電動機，特別是細分步進電動機為驅動源，由于這類系統(tǒng)一般都是開環(huán)控制，因此大多用于焙席較低的經濟型工業(yè)機9S人。2）直流伺服電動機系統(tǒng) 它采用直流伺服電動機系統(tǒng)，由于它能實現(xiàn)位置、速度、加速度3個閉環(huán)控制。精度高、變速范圍大、動態(tài)性能好。因此，是目前工業(yè)機器人的主要驅動方式。3）交流電動機伺服系統(tǒng)驅動器它采用交流伺服電動機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有直流伺服系統(tǒng)的全部優(yōu)點，而且取

22、消了換相炭刷，不需要定期更換碳刷，大大延長了機器人的維修周期。因此，正在機器人中推廣采用。4）直接驅動電動機驅動器這是最新發(fā)展的機器人驅動器，直接驅動電動機有大于1萬的調速比，在低速下仍能輸出穩(wěn)定的功率和高的動態(tài)品質，在機械手上可直接驅動關節(jié)，取消了減速機構，簡化了機構又提高了效率，是機器人驅動的發(fā)展方向，美國的Adapt機器人是直接驅動機器人。工業(yè)機器人的驅動器布置都采用一個關節(jié)一個驅動器。一個驅動器的基本組成為：電源、功率放大板、伺服控制板、 電機、測角器、測速器和制動器。它的功能不僅能提供足夠的功率驅動機械手各關節(jié)，而且要實現(xiàn)快速而頻繁起停， 精確地到位和運動。因此必須采用位置閉環(huán)、速度

23、閉環(huán)、加速度閉環(huán)。為了保護電動機和電路，還要有電流閉環(huán)。為 適應機器人的頻繁起停和高的動態(tài)品質要求，一般都采用低慣量電動機，因此，機器人的驅動器是一個要求很高的驅 動系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述 3個運動閉環(huán)，在機械手驅動器中都裝有高精度測角、測速傳感器。測速傳感器一般都采用測速發(fā)電 機，測角傳感器一般都采用精密電位計或光電碼盤，尤其是光電碼盤。圖10是它的原理圖。光電碼盤與電動機同軸安裝，在電動機旋轉時，帶有細分刻槽的碼盤同速旋轉，固定光源射向光電管的光束則時通時斷，因而輸出電脈沖。 實際的碼盤是輸出兩路脈沖，由于在碼盤內布置了兩對光電管，它們之間有一定角度差，因此兩路脈沖也有固定的相 位差，電動機正

24、反轉時，其輸出脈沖的相位差不同，從而可判斷電動機的旋轉方向。機器個以上脈沖。（3）控制器機器人控制器是機器人的核心部件，它實施機器人的全部信息處理和對機械手的運動控制。圖11是控制器的工作原理圖。工業(yè)機器人控制器大多采用二級計算機結構，虛線框內為第一級計算機，它的任務是規(guī)劃和管理。 機器人在示教狀態(tài)時，接受示教系統(tǒng)送來的各示教點位置和姿態(tài)信息、運動參數(shù)和工藝參數(shù)，并通過計算把各點的示 教（關節(jié)）坐標值轉換成直角坐標值，存入計算機內存。光電管透鏡輻射線半透明區(qū)時間田低時間光電管在碼盤 旋轉時的籀出修正后光 電管輸出光電碼盤（輻射柵盤）亮n亮_|H光電管1逆時怦轉時間00光電管2°圖10

25、光電碼盤原理圖示數(shù)盒示數(shù)盒碼盤龍動機ttft機器人堂妬電潦反憧角摩反憧.一-輸給 一樁黯人§牛軸轉換st理器fl倉坐標轉換處理器略牲主成示軟再現(xiàn)虛魚堂標示數(shù)盒示數(shù)盒圖11控制器工作原理圖機器人在再現(xiàn)狀態(tài)時，從內存中逐點取出其位置和姿態(tài)坐標值，按一定的時間節(jié)拍(又稱采樣周期)對它進行圓弧或直線插補運算，算出各插補點的位置和姿態(tài)坐標值，這就是路徑規(guī)劃生成。然后逐點的把各插補點的位置和姿 態(tài)坐標值轉換成關節(jié)坐標值，分送至各個關節(jié)。這就是第一級計算機的規(guī)劃全過程。第二級計算機是執(zhí)行計算機，它的任務是進行伺服電動機閉環(huán)控制。它接收了第一級計算機送來的各關節(jié)下一步 預期達到的位置和姿態(tài)后，又做一

26、次均勻細分，以求運動軌跡更為平滑。然后將各關節(jié)的下一細步期望值逐點送給驅 動電動機，同時檢測光電碼盤信號，直到其準確到位。以上均為實時過程，上述大量運算都必須在控制過程中完成。以PUMA機器人控制器為例，第一級計算機的采樣周期為28ms，即每28ms向第二級計算機送一次各關節(jié)的下一步位置和姿態(tài)的關節(jié)坐標，第二級計算機又將各關節(jié) 值等分30細步，每0.875ms向各關節(jié)送一次關節(jié)坐標值。(4) 示教盒 示教盒是人對機器人示教的人機交互接口，目前人對機器人示教有3種方式：1) 手把手示教 又稱全程示教，即由人握住機器人機械臂末端，帶動機器人按實際任務操作一遍。在此過程中， 機器人控制器的計算機逐點

27、記下各關節(jié)的位置和姿態(tài)值，而不作坐標轉換，再現(xiàn)時，再逐點取出，這種示教方式需要 很大的計算機內存、而且由于機構的阻力，示教精度不可能很高。目前只用在噴漆、噴涂機器人上。2) 示教盒示教 即由人通過示教盒操縱機器人進行示教，這是最常用的機器人示教方式，目前焊接機器人都采用 這種方式。3) 離線編程示教 即無需人操作機器人進行現(xiàn)場示教，而可根據圖樣，在計算機上進行編程，然后輸給機器人控 制器。它具有不占機器人工時，便于優(yōu)化和更為安全的優(yōu)點，所以是今后發(fā)展的方向。圖12為ESAB焊接機器人的示教盒，它通過電纜與控制箱連接，人可以手持示教盒在工件附近最直觀的位置進 行示教。示教盒本身是一臺專用計算機，

28、它不斷掃描盒上的功能和數(shù)字鍵、操縱桿，并把信息和命令送給控制器。各 廠家的機器人示教盒都不相同，但其追求的目標都是為方便操作者。圖12焊接機器人的示教盒示教盒上的按鍵主要有 3類：1）示教功能鍵 如示教/再現(xiàn)、存入刪除修改、檢查、回零、直線插補、圓弧插補等，為示教編程用。2）運動功能鍵 如刀向動、y向動、z向動、正/反向動、 16關節(jié)轉動等，為操縱機器人示教用。3）參數(shù)設定鍵 如各軸速度設定、焊接參數(shù)設定、擺動參數(shù)設定等。3點焊機器人3 . 1點焊機器人概述點焊機器人的典型應用領域是汽車工業(yè)。一般裝配每臺汽車車體大約需要完成3000 4000個焊點，而其中的60 %是由機器人完成的。在有些大批

29、量汽車生產線上，服役的機器人臺數(shù)甚至高達150臺。汽車工業(yè)引入機器人已取得了下述明顯效益：改善多品種混流生產的柔性；提高焊接質量：提高生產率；把工人從惡劣的作業(yè)環(huán)境中解放出 來。今天，機器人已經成為汽車生產行業(yè)的支柱。最初，點焊機器人只用于增強焊點作業(yè)（往已拼接好的工件上增加焊點）。后來，為了保樣，點焊機器人逐漸被要求具有更全的作業(yè)性能。具體來說有：安裝面積小，工作空間大：快速完成小節(jié)距的多點定位 （例如每0 30 .4s移動3050mm節(jié)距后定位）：定位精度高 （土 0 . 25mm），以確保焊接質量：持重大 （3001000N）, 以便攜帶內裝變壓器的焊鉗；示教簡單，節(jié)省工時；安全可靠性好

30、。表1列舉了生產現(xiàn)場使用的點焊機器人的分類、特點和用途。在驅動形式方面，由于電伺服技術的迅速發(fā)展，液壓 伺服在機器人中的應用逐漸減少，甚至大型機器人也在朝電動機驅動方向過渡，隨著微電子技術的發(fā)展，機器人技術 在性能、小型化、可靠性以及維修等方面日新月異；在機型方面，盡管主流仍是多用途的大型 6軸垂直多關節(jié)機器人，但是，出于機器人加工單元的需要，一些汽車制造廠家也進行開發(fā)立體配置35軸小型專用機器人的嘗試。表1點焊機器、人的分類分類特征用途垂直多關節(jié)型（落地式）工作空間/安裝面積之比大，持重多數(shù)為1000N左右，有時還可以附加整機移動自由度主要用語增強焊點作業(yè)垂直多關節(jié)型（懸掛式）工作空間均在機

31、器人的下方車體的拼接作業(yè)直角坐標型多數(shù)為3、4、5軸，適合于連續(xù)直線焊縫，價格便宜定位焊接用機器人（單 向加壓）能承受500KG加壓反力的高剛度機器人。有些機器人本身帶加 壓作業(yè)功能車身底板的定位焊典型點焊機器人的規(guī)格。以持重 1000N，最高速度4m / s 2的6軸垂直多關節(jié)點焊機器人為例。由于實用中 幾乎全部用來完成間隔為 3050mm左右的打點作業(yè)，運動中很少能達到最高速度，因此，改善最短時間內頻繁短 節(jié)距起、制動：的性能是本機追求的重點o :為了提高加速度和減速度，在設計中注意了減輕手臂的重量，增加驅動系統(tǒng)的輸出力矩。同時，為了縮短滯后時間，得到高的靜態(tài)定位精度，該機采用低慣性、高剛

32、度減速器和高功率的無 刷伺服電動機。由于在控制回路中采取了加前饋環(huán)節(jié)和狀態(tài)觀測器等措施，控制性能得到大大改善，50mm短距離移動的定位時間被縮短到 0 4s以內。一般關節(jié)式點焊機器人本體的技術指標，見表2。表2點焊機器人主要技術指標結自由度號構全關節(jié)型6軸：驅動直流伺服電動杠運 動 范 圍腰轉范圍士 135 °最大速度50 °/ s大臂轉前 50°,后 30°45° /s小臂轉下 40°, 上 20°40°/ s腕擺士 90 °士 80 ° / s腕轉士 90 °士 80 °

33、 / s腕捻士 170 °士 80 ° / s最大負荷65kg重復精度士 1mm控制系統(tǒng)計算伺服控制，6軸同時控制軌跡控制系統(tǒng)PTP 及 CP運動控制直線插補示教系統(tǒng)示教再現(xiàn)內存容量1280 步溫度045C環(huán)境要求濕度20 %90 % RH電源要求220V交流，50Hz三相自重1500kg3 2 點焊機器人及其系統(tǒng)的基本構成(1) 點焊機器人的結構形式 點焊機器人雖然有多種結構形式，但大體上都可以分為 3 大組成部分，即機器人本 體、點焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，如圖 40 13 所示。目前應用較廣的點焊機器人，其本體形式為直角坐標簡易型及 全關節(jié)型。前者可具有 13個自由度，焊

34、件及焊點位置受到限制；后者具有56個自由度，分DC伺服和AC伺服兩種形式，能在可到達的工作區(qū)間內任意調整焊鉗姿態(tài)，以適應多種形式結構的焊接。點焊機器人控制系統(tǒng)由本體控制部分及焊接控制部分組成。本體控制部分主要是實現(xiàn)示封瓦孤惺占估罟乃焙彥粹制 ! 惺轄粹制挑分段的時間及程序轉換以外，還通過改變主電路晶閘管的導通角而實現(xiàn)焊接電流控制。(2) 點焊機器人焊接系統(tǒng) 焊接系統(tǒng)主要由焊接控制器、焊鉗 ( 含阻焊變壓器 ) 及水、電、氣等輔助部分組成， 系統(tǒng)原理，如圖 14 所示。1) 點焊機器人焊鉗 點焊機器人焊鉗從用途上可分為 C 形和 X 形兩種。 C 形焊鉗用于點焊垂直及近于垂直傾斜 位置的焊縫：

35、X 形焊鉗則主要用于點焊水平及近于水平傾斜位置的焊縫。從阻焊變壓器與焊鉗的結構關系上可將焊鉗分為分離式、內藏式和一體式3 種形式。a 分離式焊鉗 該焊鉗的特點是阻焊變壓器與鉗體相分離，鉗體安裝在機器人手臂上，而焊接變壓器懸掛在機器 人的上方，可在軌道上沿著機器人手腕移動的方向移動，二者之間用二次電纜相連，如圖15 所示。其優(yōu)點是減小了機器人的負載，運動速度高，價格便宜。圖13典型點焊機器人焊接系統(tǒng)和主機簡圖a）點焊機器人焊接系統(tǒng)b）典型點焊機器人主機簡圖I圖14焊接系統(tǒng)原理圖圖15分離式焊鉗點焊機器人分離式焊鉗的主要缺點是需要大容量的焊接變壓器，電力損耗較大，能源利用率低。此外，粗大的二次電纜

36、在焊 鉗上引起的拉伸力和扭轉力作用于機器人的手臂上，限制了點焊工作區(qū)間與焊接位置的選擇。分離式焊鉗可采用普通 的懸掛式焊鉗及阻焊變壓器。但二次電纜需要特殊制造，一般將兩條導線做在一起，中間用絕緣層分開，每條導線還 要做成空心的，以便通水冷卻。此外，電纜還要有一定的柔性。b內藏式焊鉗 這種結構是將阻焊變壓器安放到機器人手臂內，使其盡可能地接近鉗體，變壓器的二次電纜可以在內部移動，如圖 40-16 所示。當采用這種形式的焊鉗時，必須同機器人本體統(tǒng)一設計，如Cartesia n機器人就采用這種結構形式。另外，極坐標或球面坐標的點焊機器人也可以采取這種結構。其優(yōu)點是二次電纜較短，變壓器的容 量可以減小

37、，但是使機器人本體的設計變得復雜。c一體式焊鉗 所謂一體式就是將阻焊變壓器和鉗體安裝在一起，然后共同固定在楓器人手臂末端的法蘭盤上，如圖40 17所示。其主要優(yōu)點是省掉了粗大的二次屯纜及懸掛變壓器的工作架，直接將焊接變壓器的輸出端連到 焊鉗的上下機臂上，另一個優(yōu)點是節(jié)省能量。例如，輸出電流12000A，分離式焊鉗需75kVA的變壓器，而一體式焊鉗只需25kVA。一體式焊鉗的缺點是焊鉗重量顯著增大，體積也變大，要求機器人本體的承載能力大于60kg。此外,焊鉗重量在機器人活動手腕上產生慣性力易于引起過載，這就要求在設計時，盡量減小焊鉗重心與機器人手臂軸心線 間的距離。阻焊變壓器的設計是一體式焊鉗的

38、主要問題，由于變壓器被限制在焊鉗的小空間里，外形尺寸及重量都必須比一般的小，二次線圈還要通水冷卻。目前，采用真空環(huán)氧澆鑄工藝，已制造出了小型集成阻焊變壓器。例如30kVA的變壓器，體積為325x135125mm3，重量只有18kg。d .逆變式焊鉗這是電阻焊機發(fā)展的一個新方向。目前，國外已經將裝有逆變式焊鉗的點焊機器人用于汽車裝焊生產線上，我國對此正在進行研究。20CkVA4OA380V圖17 一體式焊鉗點焊機器人2) 焊接控制器控制器由Z80CPU、EPROM及部分外圍接口芯片組成最小控制系統(tǒng)，它可以根據預定的焊接監(jiān)控程序，完成點焊時的焊接參數(shù)輸入，點焊程序控制。焊接電流控制及焊接系統(tǒng)故障自

39、診斷，并實現(xiàn)與本體計算機及手 控示教盒的通信聯(lián)系。常用的點焊控制器主要有3種結構形式。a 中央結構型 它將焊接控制部分作為一個模塊與機器人大體控制部分共同安排在一個控制柜內，由主計算機統(tǒng) 一管理并為焊接模塊提供數(shù)據，焊接過程控制由焊接模塊完成。這種結構的優(yōu)點是設備集成度高，便于統(tǒng)一管理。b 分散結構型 分散結構型是焊接控制器與機器人本體控制柜分開，二者采用應答式通信聯(lián)系，主計算機給出焊 接信號后，其焊接過程由焊接控制器自行控制，焊接結束后給主機發(fā)出結束信號，以便主機控制機器人移位，其焊接 循環(huán)如圖18所示。這種結構的優(yōu)點是調試靈活，焊接系統(tǒng)可單獨伸用，佃需要一定距離的通信，集成度不如中央結構型

40、咼。圖18點焊機器人焊接循環(huán)T i -焊接控制器控制 T 2-機器人主控計算機控制T - 焊接周期F -電級壓力I -焊接電流焊接控制器與本體及示教蛻簡的聯(lián)系信號主要有焊鉗大小行程、焊接電流增/減號，焊接時間增減、焊接開始及結束，焊接系統(tǒng)故障等。c群控系統(tǒng) 群控就是將多臺點焊機器人焊機(或普通焊機)與群控計算機相連，以便對同時通電的數(shù)臺焊機進行控制，實現(xiàn)部分焊機的焊接電流分時交錯，限制電網瞬時負載，穩(wěn)定電網電壓保證焊點質量。群控系統(tǒng)的出現(xiàn) 可以使車間供電變壓器容量大大下降。此外，當某臺機器人(或點焊機)出現(xiàn)故障時，群控系統(tǒng)啟動備用的點焊機器人或對剩余的機器人重新分配工作，以保證焊接生產的正常進

41、行。為了適應群控的需要，點焊機器人焊接系統(tǒng)都應增加“焊接請求”及“焊接允許”信號，并與群控計算機相連。(3) 新型點焊機器人系統(tǒng)最近，點焊機器人與 CAD系統(tǒng)的通信功能變得重要起來，這種CAD系統(tǒng)主要用來離線示教。圖40-19為含CAD及焊接數(shù)據庫系統(tǒng)的新型點焊機器人系統(tǒng)基本構成。(4) 點焊機器人對焊接系統(tǒng)的要求1) 應采用具有浮動加壓裝置的專用焊鉗，也可對普通焊鉗進行改裝。焊鉗重量要輕，可具有長、短兩種行程2,以便于快速焊接及修整、更換電極、跨越障礙等。2) 一體式焊鉗的重心應設計在固定法蘭盤的軸心線上。3) 焊接控制系統(tǒng)應能對阻焊變壓器過熱、晶閘管過熱飛晶閘管短路斷路、氣網失壓、電網電壓

42、超限、粘電極等故 障進行自診斷及自保護，除通知本體停機外，還應顯示故障種類。圖19含CAD系統(tǒng)的點焊機器人系統(tǒng)4) 分散結構型控制系統(tǒng)應具有通信聯(lián)系接口。能識別機器人本體及手控盒的各種信號，并做出相應的反應。3 . 3點焊機器人的選擇在選用或引進點焊機器人時，必須注意以下幾點：1) 必須使點焊機器人實際可達到的工作空間大于焊接所需的工作空間。焊接所需的工作空間由焊點位置及焊點數(shù)量確定。2) 點焊速度與生產線速度必須匹配。首先由生產線速度及待焊點數(shù)確定單點工作時間，而機器人的單點焊接時間(含加壓、通電、維持、移位等 )必須小于此值，即點焊速度應大于或等于生產線的生產速度。3) 按工件形狀、種類、

43、焊縫位置選用焊鉗。垂直及近于垂直的焊縫選 C形焊鉗，水平及水平傾斜的焊縫選用K形焊鉗。4) 應選內存容量大，示教功能全，控制精度高的點焊機器人。5) 需采用多臺機器人時，應研究是否采用多種型號，并與多點焊機及簡易直角坐標機器人并用等問題。當機器人 間隔較小時，應注意動作順序的安排，可通過機器人群控或相互間聯(lián)鎖作用避免干涉。根據上面的條件，再從經濟效益、社會效益方面進行論證方可以決定是否采用機器人及所需的臺數(shù)、種類等。4弧焊機器人4 . 1弧焊機器人概述1) 弧焊機器人的應用范圍弧焊機器人的應用范圍很廣，除汽車行業(yè)之外，在通用機械、金屬結構等許多行業(yè)中都有應用；這是因為弧焊工藝早已在諸多行業(yè)中得

44、到普及的緣故?；『笝C器人應是包括各種焊接附屬裝置在內的焊接系統(tǒng)，而不只是一一臺以規(guī)劃的速度和姿態(tài)攜帶焊槍移動的單機。圖20為焊接系統(tǒng)的基本組成，圖21為適合機器人應用的弧焊方法。2) 弧焊機器人的作業(yè)性能在弧焊作業(yè)中，要求焊槍跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。因此，運動過程中速度的穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項重要的指標。一般情況下，焊接速度約取550mm/s、軌跡精度約為i0.20.5mm。由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質量也有一定影響，因此希望在跟蹤焊道的同時，焊槍姿態(tài)的可調范圍盡量大。作業(yè)時，為了得到優(yōu)質焊縫，往往需要在動作的示教以及焊接條件(電流、電壓、速度)的設定上花費大量的勞力和時間，所以

45、除了上述性能方面的要求外，如何使機器人便于操作也是一個重要課題。圖20弧焊機器人系統(tǒng)的基本組成3）弧焊機器人的分類 從機構形式劃分，既有直角坐標型的弧焊機器人，也有關節(jié)型的弧焊機器人。對于小型、簡單的焊接作業(yè)，機器人有 4、5軸即可以勝任了，對于復雜工件的焊接，采用 6軸機器人對調整焊槍的姿態(tài)比較 方便。對于特大型工件焊接作業(yè)，為加大工作空間，有時把關節(jié)型機器人懸掛起來，或者安裝在運載小車上使用，4）規(guī)格舉一個典型的弧焊機器人加以說明。圖22和表3分別是主機的簡圖和規(guī)格。自動半自幼）電弧埠-熔化魁極式一非氣體 保護式裸絲非氣體保護焊L非熔化電攝式圖21為適合機器人應用的弧焊方法表40-3典型弧

46、焊機器人的規(guī)格持重5kg ,承受焊槍所必須的負荷能力重復位置糟度士 0. 1mm高精度可控軸數(shù)6軸同時控制，便于焊槍姿態(tài)調整動作方式各軸單獨插補、直線插補、圓弧插補、焊槍端部等速控制（直線、圓弧插補）速度控制進給61500m,:，焊接速度150mm/s，調速范圍廣（從極低速到高速均可調）焊接功能焊接電流、電壓的選定，允許在焊接中途改變焊接條件，斷弧、粘絲保護功能，焊 接抖動功能（軟件）存儲功能IC 存儲器，128kW、輔助功能定時功能、外部輸入輸岀接口。應用功能程序編輯、外部條件判斷、異常檢查、傳感器接口4. 2弧焊機器人系統(tǒng)的構成弧焊機器人可以被應用在所有電弧焊、切割技術范圍及類似的工藝方法

47、中。最常用的應用范圍是結構鋼和CT Ni鋼的熔化極活性氣體保護焊（C02氣體保護焊、MAG焊），鋁及特殊合金熔化極惰性氣體保護焊（MIG） , Cr Ni鋼和鋁的加冷絲和不加冷絲的鎢極惰性氣體保護焊（TIG）以及埋弧焊。除氣割、等離子弧切割及等離子弧噴涂外還實現(xiàn)了在激光切割上的應用。圖20是一套完整的弧焊機器人系統(tǒng)，它包括機器人機械手、控制系統(tǒng)、焊接裝置、焊件夾持裝置。夾持裝置上 有兩組可以輪番進入機器人工作范圍的旋轉工作臺。（1）弧焊機器人基本結構弧焊用的工業(yè)機器人通常有5個自由度以上，具有6個自由度的機器人可以保證焊槍的任意空間軌跡和姿態(tài)。圖22為典型的弧焊機器人的主機簡圖。點至點方式移動

48、速度可達60m /min以上，其軌跡重復精度可達到 +0.2mm，它們可以通過示教和再現(xiàn)方式或通過編程方式工作。這種焊接機器人應具有直線的及環(huán)形內插法擺動的功能。如圖23的6種擺動方式，以滿足焊接工藝要求，機器人的負荷為5kg 。n4；540會黑機蹇cb JTI：32臚i圖22 典型弧焊機器人的主機簡圖b)c)d)e)f>圖23弧焊機器人的6種擺動方式a)直線單擺b) L 形c) 三角形d) U 形e)臺形f)高速圓弧擺動弧焊機器人的控制系統(tǒng)不僅要保證機器人的精確運動，而且要具有可擴充性，以控制周邊設備確保焊接工藝的實施。圖24是一臺典型的弧焊機器人控制系統(tǒng)的計算機硬件框圖。控制計算機由

49、8086CPU做管理用中央處理機單元，8087協(xié)處理器進行運動軌跡計算，每4個電動機由1個8086CPU進行伺服控制。通過串行I /O接口與上一級管理計算機通信；采用數(shù)字量I / O和模擬量I /O控制焊接電源和周邊設備。該計算機系統(tǒng)具有傳感器信息處理的專用CPU(8085)，微計算機具有384K的ROM和64K的RAM，以及512K磁泡的內存，示教盒與總線采用DMA方式(直接存儲器訪問方式)交換信息，并有公用內存64K。(2) 弧焊機器人周邊設備弧焊機器人只是焊接機器人系統(tǒng)的一部分，還應有行走機構及小型和大型移動機架。通過這些機構來擴大工業(yè)機器人的工作范圍(見圖25)，同時還具有各種用于接受

50、、固定及定位工件的轉胎(見圖26)、定位裝置及夾具。在最常見的結構中，工業(yè)機器人固定于基座上（見圖20），工件轉胎則安裝于其工作范圍內。為了更經濟地使用工業(yè)機器人，至少應有兩個工位輪番進行焊接。所有這些周邊設備其技術指標均應適應弧焊機器人的要求。即確保工件上的焊縫的到位精度達到+0 2mm。以往的周邊設備都達不到機器人的要求。為了適應弧焊機器人的發(fā)展，新型的周邊設備由專門的工廠進行生產。ICPU8086 ( 8087匚J礎R已匸二 A控制CPU8O864DMARS232CMXRT璉盤PS-232CCPU8O86串行 J/O 總皴 變換公用內存g 一 一. rH._r 控制CPI TRHKA _

51、 _ r'CPU8086 云丁1一干 RS- 232C計算機操柞盤11（變1模擬量丄電赫1 I/O亠電*1傳"恂®器處理廠1接口裝置機矍人"0I/OCPU80fi5圖24弧焊機器人控制系統(tǒng)計算機硬件框圖鑒于工業(yè)機器人本身及轉胎的基本構件已經實現(xiàn)標準化，所以，用于每種工件裝夾、夾緊、定位、及固定的工具 必須重新設計。這種工具既有簡單的，用手動夾緊杠桿操作的設備；也有極復雜的全自動液壓或氣動夾緊系統(tǒng)。必須 特別注意工件上焊縫的可接近性。根據轉胎及工具的復雜性，機器人控制與外圍設備之間的信號交換是相當不同的，這一信號交換對于工作的安全 性有很大意義。（3）焊接設

52、備 用于工業(yè)機器人的焊接電源及送絲設備，由于參數(shù)選擇，必須由機器人控制器直接控制。為此，一般至少通過2個給定電壓達到上述目的。對于復雜過程，例如脈沖電弧焊或填絲鎢極惰性氣體保護焊時，可能需要 25個給定電壓，電源在其功率和接通持續(xù)時間上必須與自動過程相符合，必須安全地引燃，并無故障地工作，使 用最多的焊接電源是晶閘管整流電源。近年的晶體管脈沖電源對于工業(yè)機器人電弧焊具有特殊的意義。這種晶體管脈 沖電源無論是模擬的或脈沖式的，通過其脈沖頻率的無級調節(jié)，在結構鋼、Cr-Ni鋼及鋁焊接時都能保證實現(xiàn)接近無飛濺的焊接。與采用普通電源相比，可以使用更大直徑的焊絲，其熔敷效率更高。有很多焊接設備制造廠為工

53、業(yè)機器人設計了專用焊接電源，采用微處理機控制，滲以便與工業(yè)機器人控制系統(tǒng)交換信號。送絲系統(tǒng)必須保證恒定送絲，送絲系統(tǒng)應設計成具有足夠的功率，并能調節(jié)送絲速度。為了機器人的自由移動， 必須采用軟管，但軟管應盡量短。在工業(yè)機器人電弧焊時，由于焊接持續(xù)時間長，經常采用水冷式焊槍，焊槍與機器 人末端的連接處應便于更換，并需有柔性的環(huán)節(jié)或制動保護環(huán)節(jié)，防止示教和焊接時與工件或周圍物件碰撞影響機器 人的壽命。圖27為焊槍與機器人連接的一個例子。在裝卡焊槍時，應注意焊槍伸出的焊絲端部的位置應符合機器人 使用說明書中所規(guī)定的位置，否則示教再現(xiàn)后焊槍的位置和姿態(tài)將產生偏差。機器人臺車移動門形架肋板骨槍工字鋼V點

54、固輝縫圖25機器人倒置在移動門架上圖26各種機器人專用補胎圖27焊槍的固定(4) 控制系統(tǒng)與外圍設備的連接工業(yè)控制系統(tǒng)不僅要控制機器人機械手的運動，還需控制外圍設備的動作、開啟、切斷以及安全防護，圖 40-28是典型的控制框圖?？刂葡到y(tǒng)與所有設備的通信信號有數(shù)字量信號和模擬量信號?？刂乒衽c外圍設備用模擬信號聯(lián)系的有焊接電源、送絲機構、以及操作機 (包括夾具、變位器等 )。這些設備需通過控制系統(tǒng)預置參數(shù)，通常是通過D / A數(shù)模轉換器給定基準電壓，控制器與焊接電源和送絲機構電源一般都需有電量隔離環(huán)響，控制系統(tǒng)對操作機電動機的伺服控制 與對機器人伺服控制電動機的要求相仿，通常采用雙伺服環(huán)。確保工件

55、焊縫到位精度與機器人到位精度相等?？刂婆_示教盒操作黠圖28是典型的控制框圖數(shù)字量信號負擔各設備的啟動、停止、安全以及狀態(tài)檢測。3弧焊機器人的操作與安全(1)弧焊機器人的操作工業(yè)機器人普遍采用示教方式工作，即通過示教盒的操作鍵引導到起始點，然后用按鍵確定位置，運動方式(直線或圓弧插補)、擺動方式、焊槍姿態(tài)以及各種焊接參數(shù)。同時還可通過示教盒確定周邊設 備的運動速度等。焊接工藝操作包括引弧、施焊熄弧、填充火口等，亦通過示教盒給定。示教完畢后，機器人控制系 統(tǒng)進入程序編輯狀態(tài)，焊接程序生成后即可進行實際焊接。下面是焊接操作的一個實例(見圖29)。11圖29焊接操作1) F=2500，以TV=2500

56、cm /min的速度到達起始點；2) SEASA=H1 , L仁0,根據 H1 給出起始點 L2=0 , F=100 :3) ARCON F=35 , V=30 ;在給定條件下開始焊接I 一 280 , TF=0.5 , SENSTON=H1跟蹤焊縫；4) SENSTON = HI ;給出焊縫結束位置；5) CORN=*CHFOIAI :執(zhí)行角焊縫程序，CHFOIAI ;6) F=300, DW=1. 5 ; 1. 5s 后焊接速度為 v=300cm/min ;7) F=100;以v=100cm / min ，并保持到下一示教點；8) ARCON , DBASE=*DHFL09:開始以數(shù)據庫

57、*DHFL09的數(shù)據焊接；9) arcoff, vC=20 , ic=180 :在要求條件下結束焊接 TC=1.5 , F=200 :10) F=1000 ;以 v=1000cm / min 的速度運動：11) Dw=1, OUTB=2 , 1s 后，在#2點發(fā)出1個脈沖；12) F=100:以 v=100cm / min 的速度運動；13) MULTON=*M : 執(zhí)行多層焊接程序2M ;14) MULTOFF , F=200 :結束多層焊接。(2)弧焊機器人的安全 安全設備對于工業(yè)機器人工位是必不可少的。工業(yè)機器人應在一個被隔開的空間內工作,用門或光柵保護，機器人的工作區(qū)通過電及機械方法加

58、以限制。從安全觀點出發(fā)，危險常出現(xiàn)在下面幾種情況：1) 在示教時 這時，示教人員為了更好地觀察，必須進到機器人及工件近旁。在此種工作方式下，限制機器人的 最高移動速度和急停按鍵，會提高安全性。2) 在維護及保養(yǎng)時 此時，維護人員必須靠近機器人及其周圍設備工作及檢測操作。3) 在突然出現(xiàn)故障后觀察故障時因此，機器人操作人員及維修人員必須經過特別嚴格的培訓。5機器人焊接智能化技術一般工業(yè)現(xiàn)場應用的弧焊機器人大都是示教再現(xiàn)型的，這種焊接機器人對示教條件以外的焊接過程動態(tài)變化焊 件變形和隨機因素干擾等不具有適應能力。隨著焊接產品的高質量、多品種小批量等要求增加，以及應用現(xiàn)場的各 種復雜變化，使得直接從

59、供貨公和技術要求。這就需要對本體機器人焊接系統(tǒng)進行二次開發(fā)。通常包括給焊接機器人 配置適當?shù)膫鞲衅?，柔性周邊設備以及相應軟件功能，如焊縫跟蹤傳感、焊接過程傳感與實時控制、焊接變位機構以 及焊接任務的離線規(guī)劃與仿真軟件等。這些功能大大擴展了基本示教再現(xiàn)焊接機器人的功能，從某種意義上講，這樣 的焊接機器人系統(tǒng)已具有一定的智能行為，不過其智能程度的高低由所配置的傳感器、控制器以及軟硬件所決定。目 前，這種焊接機器人智能化系統(tǒng)已成發(fā)展趨勢，現(xiàn)將相關的智能化技術簡要介紹如下。5 . 1機器人焊接智能化系統(tǒng)技術組成機器人焊接智能化系統(tǒng)是建立在智能反饋控制理論基礎之上，涉及眾多學科綜合技術交叉的先進制造系統(tǒng)

60、。除了 不同的焊接工藝要求不同的焊接機器人實現(xiàn)技術與相關設備之外，現(xiàn)行機器人焊接智能化系統(tǒng)可從宏觀上劃分為如圖 30所示的組成部分：圖30機器人焊接智能化系統(tǒng)技術組成圖30中機器人焊接智能化系統(tǒng)涉及如下幾個主要技術基礎：1) 機器人焊接任務規(guī)劃軟件系統(tǒng)設計技術；2) 焊接環(huán)境、焊縫位置及走向以及焊接動態(tài)過程的智能傳感技術；3) 機器人運動軌跡控制實現(xiàn)技術；4) 焊接動態(tài)過程的實時智能控制器設計；5) 機器人焊接智能化復雜系統(tǒng)的控制與優(yōu)化管理技術。5 . 2機器人焊接任務規(guī)劃軟件設許技術機器人焊接任務職能規(guī)劃系統(tǒng)的基本任務是在一定的焊接工作區(qū)內自動生成從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的機器人動作 序列、可達的焊槍運動軌跡和最佳的焊槍姿態(tài)、以及與之相匹配的焊接參數(shù)和控制程序，并能實現(xiàn)對焊接規(guī)劃過程的 自動仿真與優(yōu)化。即CAD機器人焊接任務規(guī)劃可歸結為人工智能領域的問題求解技術，其包含焊接路徑規(guī)劃和焊接參數(shù)規(guī)劃兩部分。由于 焊接工藝及任務的多樣性與復雜性，在實際施焊前對機器人焊接的路徑和焊接參數(shù)方案進行計算機軟件規(guī)劃(仿真設計研究)是十分必要的。這一方面可以大幅度節(jié)省實際示教對生產線的占用時間，提高焊接機器人的利用率， 另一方面還可以實現(xiàn)機器人運動過程的焊前模擬，保證生產過程的有效性和安全性。機器人焊接路徑規(guī)劃的涵義主要是指對機器人末端焊槍軌跡的規(guī)劃。焊槍軌跡的生成是將一條焊縫的焊接任務