焊接機器人

焊接機器人

焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴塗）的工業機器人.根據國際標准化組織（ISO）工業機器人術語標准焊接機器人的定義_工業機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機（Manipulator）_具有三個或更多可編程的軸_用於工業自動化領域.為了適應不同的用途_機器人最後一個軸的機械接口_通常是一個連接法蘭_可接裝不同工具或稱末端執行器.焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的_使之能進行焊接_切割或熱噴塗.

隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展_自動弧焊機器人工作站_ 從60年代開始用於生產以來_其技術已日益成熟_主要有以下優點：

1）穩定和提高焊接質量；

2）提高勞動生產率；

3）改善工人勞動強度_可在有害環境下工作；

4）降低了對工人操作技術的要求；

5）縮短了產品改型換代的准備周期_減少相應的設備投資.

因此_在各行各業已得到了廣泛的應用.

組成

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分.機器人由機器人本體和控制櫃（硬件及軟件）組成.而焊接裝備_以弧焊及點焊為例_則由焊接電源_（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成.對於智能機器人還應有傳感系統_如激光或攝像傳感器及其控制裝置等.

結構形式及性能

世界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人_絕大部分有6個軸.其中_1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置_而4、5、6軸解決工具姿態的不同要求.焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式：一種為平行四邊形結構_一種為側置式（擺式）結構.側置式（擺式）結構的主要優點是上、下臂的活動范圍大_使機器人的工作空間幾乎能達一個球體.因此_這種機器人可倒掛在機架上工作_以節省占地面積_方便地面物件的流動.但是這種側置式機器人_2、3軸為懸臂結構_降低機器人的剛度_一般適用於負載較小的機器人_用於電弧焊、切割或噴塗.平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉桿驅動的.拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊.故而得名.早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小（局限於機器人的前部）_難以倒掛工作.但80年代後期以來開發的新型平行四邊形機器人（平行機器人）_已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部_又沒有測置式機器人的剛度問題_從而得到普遍的重視.這種結構不僅適合於輕型也適合於重型機器人.近年來點焊用機器人（負載100～150kg）大多選用平行四邊形結構形式的機器人.

上述兩種機器人各個軸都是作回轉運動_故采用伺服電機通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動.在80年代中期以前_對於電驅動的機器人都是用直流伺服電機_而80年代後期以來_各國先後改用交流伺服電機.由於交流電機沒有碳刷_動特性好_使新型機器人不僅事故率低_而且免維修時間大為增長_加（減）速度也快.一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達3m/s以上_定位准確_振動小.同時_機器人的控制櫃也改用32位的微機和新的算法_使之具有自行優化路徑的功能_運行軌跡更加貼近示教的軌跡.

點焊機器人的特點點焊機器人的基本功能

點焊對焊接機器人的要求不是很高.因為點焊只需點位控制_至於焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求_這也是機器人最早只能用於點焊的原因.點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力_而且在點與點之間移位時速度要快捷_動作要平穩_定位要准確_以減少移位的時間_提  高工作效率.點焊機器人需要有多大的負載能力_取決於所用的焊鉗形式.對於用與變壓器分離的焊鉗_30～45kg負載的機器人就足夠了.但是_這種焊鉗一方面由於二次電纜線長_電能損耗大_也不利於機器人將焊鉗伸入工件內部焊接；另一方面電纜線隨機器人運動而不停擺動_電纜的損壞較快.因此_目前逐漸增多采用一體式焊鉗.這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右.考慮到機器人要有足夠的負載能力_能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接_一般都選用100～150kg負載的重型機器人.為了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求.新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能.這對電機的性能_微機的運算速度和算法都提出更高的要求.

點焊機器人的焊接裝備

點焊機器人的焊接裝備_由於采用了一體化焊鉗_焊接變壓器裝在焊鉗後面_所以變壓器必須盡量小型化.對於容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流_而對於容量較大的變壓器_已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為600～700Hz交流_使變壓器的體積減少、減輕.變壓後可以直接用600～700Hz交流電焊接_也可以再進行二次整流_用直流電焊接.焊接參數由定時器調節.新型定時器已經微機化_因此機器人控制櫃可以直接控制定時器_無需另配接口.點焊機器人的焊鉗_通常用氣動的焊鉗_氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級沖程.而且電極壓力一旦調定後是不能隨意變化的.近年來出現一種新的電伺服點焊鉗.焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動_碼盤反饋_使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定並預置.而且電極間的壓緊力也可以無級調節.這種新的電伺服點焊鉗具有如下優點：

1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低_因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的_機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點後_焊鉗一邊張開_機器人就可以一邊位移_不必等機器人到位後焊鉗才閉會或焊鉗完全張開後機器人再移動；

2）焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整_只要不發生碰撞或干涉盡可能減少張開度_以節省焊鉗開度_以節省焊鉗開合所占的時間.

3）焊鉗閉合加壓時_不僅壓力大小可以調節_而且在閉合時兩電極是輕輕閉合_減少撞擊變形和噪聲.

關鍵詞:機器人焊接