1、1. 焊接机器人的系统构成焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志己被国内许多工厂所接受，并且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。焊接机器人是装上了焊钳或各种焊枪的工业机器人。工业机器人的运动控制系统涉及数学、自动控制理论等，内容很多。采用机器人进行焊接，光有一台机器人是不够的，还必须配备外围设备。常规的弧焊机器人系统由以 5 部分组成。1 、机器人本体，一般是伺服电机驱动的 6 轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等
2、组成。它的任务是精确地保证机械手末端（悍枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。2、机器人控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。3、焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。4、焊接传感器及系统安全保护设施。5、焊接工装夹具。习惯上所说的电动机伺服系统，是指速度控制、伺服电动机和检测部件三部分；而且，将速度控制部分称之为伺服单元或驱动器。按照伺服系统的结构特点，它通常有四种基本结构类型：开环、闭环、半闭环及混合闭环。伺服单元的硬件一般由五部分构成：1 实现轴伺服电机的 PID 控制、或 FUZZY（模糊） 控制、或其它
3、控制规律的伺服控制单片机；2 伺服控制模板，其功能是实现控制单片机输出数字量的 D/A 转换与输入到单片机的模拟量的 A/D 转换；3 伺服驱动功放，一般机器人的轴驱动电机的功率多在 100W1000W 的范围，多属中等功率，为此，由伺服控制模板给出的控制信号必须经功率放大才能推动电机；4 伺服电机是焊接机器人的轴伺服控制系统的控制对象。5 伺服电机的转速、位置检测装置（转速、位置传感器） 。转速、位置检测装置的功能是实时检测轴伺服电机转速和电机角位移量，并将实时检测结果反馈给电动机伺服系统，以形成电动机伺服的闭环或半闭环控制系统。即便是开环控制系统，一般也需要电动机转速和电机角位移量的实时检
4、测参数。因此，转速、位置检测装置是机器人的轴伺服控制系统极重要的组成环节。焊接机器人的轴伺服控制系统结构称为主从控制方式：它是采用主、从两级控制计算机实现系统的全部控制功能。主计算机实现轴伺服控制系统的管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作协调控制。主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。焊接机器人的轴伺服控制系统结构还可采用所谓“分散控制系统” 。对于小批量多品种、体积或质量较大的产品，可根据其工件的焊缝空间分布情况，采用简易焊接机器人工作站或焊接变位机和机器人组合的机器人工作站。以适用于“多品种、小批量”的柔性化生产。对
5、于工件体积小、易输送且批量大、品种规格多的产品将焊接工序细分，采用机器人与焊接专机组合的生产流水线，结合模块化的焊接夹具以及快速换模技术，以达到投资少、效率高的低成本自动化的目的。2.机器人的焊接方法焊接机器人最早只在点焊中得到应用，80 年初，随着计算机技术、传感器技术的发展，弧焊机器人逐渐得到普及，特别是近十几年来由于世界范围内经济的高速发展，市场的激烈竞争使那些用于中、大批量生产的焊接自动化专机已不能适应小规模、多品种的生产模式逐渐被具有柔性的焊接机器人代替，焊接机器人得到了巨大的发展，焊接已成为工业机器人应用最大的领域之一，焊接机器人在汽车、摩托车、工程机械等领域都得到了广泛的应用。目
6、前世界拥有的 80 余万台工业机器人中，用于焊接的机器人可达 40%以上。21 适用于机器人的焊接方法熔化极： CO2 气体保护焊 熔化极活性气体保护焊（MAG） 熔化极惰性气体保护焊（MIG）非熔化极：钨极惰性气体保护焊等离子弧焊接与切割激光焊接与切割钎焊火焰切割点焊在上面的焊接方法中，90%以上的机器人用于熔化极气体保护焊和点焊，进年来随着激光焊接与切割设备价格的降低，机器人在激光焊接与切割领域的应用数量在逐年增加。2.1 机器人焊接的特点2.1.1 优点A. 自动焊接(1) 焊枪不会振动，焊接速度不会改变，能得到均匀、漂亮的焊缝。(2) 操作人员能远离噪音或高温区进行行业。(3) 由于焊
7、接条件是恒定的，所以能提高焊接质量。B. 焊接条件具有重复性(1) 不管什么时候，谁来作业或在什么地方都能焊接成相同的产品。(2) 在机器人上编制焊接工人所掌握的焊接条件之后，即便是新手也能进行高质量的焊接。(3) 能重复使用曾经用过的焊接条件，( 而在半自动焊接时, 由于经常要调整遥控盒上的旋钮，所以缺乏重复性)。C. 降低生产成本(1) 能缩短生产节拍，所以能提高产量。(2) 使用临时工就能完成焊接作业，所以减少了人工费用。(3) 不浪费焊接材料，能节约消耗品。D. 使用机器人带来的效益(1) 生产节拍明确，容易进行生产管理。(2) 能实现无人运行,机器人不会发牢骚。(3) 能提高企业的形
8、象。E.机器人焊接的特点 机器人是由计算机控制的、具有高度柔性的可编程自动化装置，因此利用机器人焊接具有以下特点：（1）机器人能适应产品多样化，有柔性，在一条生产线上可以混流生产若干种类型产品。同时对于生产量的变动和型号的更改，能迅速的改进生产线的编组更替，这是专用的自动化生产线不能比拟的，能发挥投资的长期效果。（2）使用机器人焊接，可提高产品质量。为了使焊接作业机器人化，需要改变装配方法和加工工序，所以要提高诸如供给设备的零件、夹具、搬运工具等的精度，这些关系到产品的精度和焊接质量的提高，机器人化的结果，可得到稳定的高质量产品。（3）使用机器人焊接可提高生产率。机器人的作业效率，不随作业者变
9、动，可以稳定生产计划，从而提高生产率。212 机器人焊接时的主要注意事项A. 必须进行示教作业(注 1) 在机器人进行自动焊接前，操作人员必须示教机器人焊枪的轨迹和设定焊接条件等。 由于必须示教，所以机器人不面向多品种少量生产的产品焊接(注 2)B. 必须确保工件的精度 (注 3) 机器人没有眼睛，只能重复相同的动作。 机器人轨迹精度为 0.1mm，以此精度重复相同的动作。 焊接偏差大于焊丝半径时，有可能焊接不好，所以工件精度应保持在焊丝半径之内。C. 焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平 操作人员进行示教时必须输入焊接程序，焊枪姿态和角度，电流、电压、速度等焊接条件。 示教操作人员必须
10、充分掌握焊接知识和焊接技巧。D. 必须充分注意安全 机器人是一种高速的运动设备，在其进行自动运行时绝对不允许人靠近机器人(必须设置安全护栏)。 操作人员必须接受劳动安全方面的专门教育，否则不准操作。22 焊接机器人的性能要求221 弧焊机器人的性能要求在弧焊作业中，要求焊枪跟踪工件焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，因此运动过程中速度的稳定性和轨道精度是两项重要的指标。一般情况下，焊接速度可取 550mm/s，轨道精度可取02 05mm 。由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定的影响，因此希望在根踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，还有其它一些性能要求，如摆动功能、焊接传感器（起始点检测、焊缝跟踪
11、）的接口功能、焊枪防碰功能等。1 焊接规范的设定。起弧、收弧参数。2 摆动功能。摆动频率、摆幅、摆动类型的设定。3 焊接传感器。起始点检测、焊缝跟踪传感器的接口功能。4 焊枪防碰功能。当焊枪受到不正常的阻力时，机器人停机，避免操作者和工具受到损坏。5 多层焊功能。应用该功能可以在第一层焊接示教完成后，实现其余各层的自动编程。6 再引弧功能。引弧失败后，自动重试。因此消除了焊接异常（引弧失败）发生时引起的作业中断，最大限度避免了因此而引起的全线停车。7 焊枪校正功能。焊枪与工件发生碰撞时，可通过简单操作进行校正。8 粘丝自动解除功能。焊接终了时如果检测出焊丝粘丝，则自动再通电解除粘丝，因此不必手
12、工剪断焊丝。9 断弧再启动功能。出现断弧时，机器人会按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此无须补焊作业。222 点焊机器人的性能要求对于点焊机器人运动速度是一个重要指标，要求能够快速完成小节距的多点定位（例如每0.3-0.4 秒移动 30-50mm 节距后定位） ;为确保焊接质量，定位精度要求较高（一般为025mm）;并具有较大的持重（50100Kg） ，以便携带内装变压器的焊钳。23 机器人选择方法1 机器人的结构类型的确定机器人类型的选择主要取决于机器人的目标作业类型，如汽车底盘的点焊用四自由度的点焊机器人就够了，复杂工件的焊接一般需要六自由度机器人。2 手腕的容许载荷选择机器人时首先要考
13、虑机器人的最大承载能力，如对于 OTC 公司生产的 DR-4000 机器人其最大承载能力为 6 公斤，如下图表示。当安装标准焊枪时不会产生任何问题，但当用于搬运或其它类似的目的时，还应保证各腕部轴所承受的扭矩和转动惯量满足手册中规定的要求。3 动作范围的确定机器人的种类确定后，还要检查其动作范围是否满足作业的要求。机器人的动作范围一般指腕部轴的回转中心（P 点）的动作范围。如图所示 DR-4000 机器人的动作范围。在实际作业时由于装有焊接工具，其作业范围将发生变化，因而需要进一步对其作业范围进行确认。使用焊接机器人应注意的几个问题24 如何导入焊接机器人焊接机器人的应用技术是机器人技术、焊接
14、技术和系统工程技术的融合。国内在引用焊接器人应用工程方面走过了一段曲折的道路，机器人的运行情况不尽人意，分析其原因主要存在以下问题：1 机器人及周边设备选型不合理，系统配置不全或不当。2 对国内人员的培训没有跟上，没有完全掌握设备的性能和使用方法。3 缺乏足够的售前、售中技术支持和良好的售后服务。4 机器人操作、维护人员不能相对固定或人员流失。5 国外系统不适合国内工艺现状。1明确导入机器人的目的：1 技术工人和熟练工人不足2 使工人从危险作业环境中解脱出来（高温、搬送重物等）3 提高和稳定产品质量4 提高劳动生产率（省人、省力）5 其他（生产管理的要求，提高企业形象等） 。机器人导入目的的不
15、同，机器人的选择、机器人化的实现范围以及经济的评价（投资额）亦不同。选择焊接工件：1 机器人适于的工件：多品种、中等批量。2 高质量的工件，工件的一致性误差控制在一定范围，因此首先应从技术上易于实现的对象进行，然后分步逐步解决。确定方案项目承揽方在对用户原有生产线充分考察的基础上，根据用户提出的要求及工件的特点，提出初步方案（一般两、三种） ，并与用户充分讨论，确定最终方案。讨论的内容包括：1 工件的分析，包括：材料、结构、图纸、实物、技术要求分析。2 前道工序的质量确认及分析3 工艺条件及工艺参数初步分析4 工艺路线划分确定5 焊接节拍和生产节拍分析6 机器人选型和系统配置7 周边设备及夹具
16、方案确定8 设备布局与物流9 经济评估10 方案评价（是否符合综合性的省力、自动化的方向，是否符合规格化、标准化的方针，是否适应产品更新换代的要求，安全性可维护性等）工程设计项目承揽方对确定的方案进行进一步的设计，包括系统的配置选型，周边装置、夹具设计，控制系统的设计，焊接工艺的制定等，在该过程中双方互相勾通，发现问题及时解决。工程实施机器人、周边设备及其配套设施的安装、调试运行，以及组织管理和人员培训。后期维护是致关重要的一个环节，也是用户最关心的，如果后期维护跟不上，将影响整个生产线的运行。目前国内机器人工程使用效果不好，这也是一个主要原因。主要在于：1 国外直接供货的设备服务跟不上，不论
17、是售后服务的及时性，服务的质量，解决问题的彻底性都比较差。2 国内代理的短期行为，只管自己挣钱，不考虑用户使用的好坏。3 培训人员由于语言的障碍，技术难度的障碍，没有真正掌握设备的特性。4 培训人员的流失或责任心不强。沈阳自动化研究所做为机器人技术国家研究中心，做为日本 OTC 公司、安川电机和德国reis公司的技术服务中心，在承担机器人应用工程时，采取如下措施：1 建立专门的生产服务负责人，负责到底，直到用户满意。2 国外进口设备建立备品、备件库以保证系统维护的及时性。3 国内任何地区承诺 48 小时到现场。4 用户人员无限期培训，直到会用为止。5 实行有效期保修服务6 长期服务在质量第一，
18、用户至上，精心设计制造，保持一流水平的我所质量方针的指导下，沈阳自动化研究所机器人工程部将竭诚为广大用户服务，与广大用户一起推动我国机器人技术产业化进程。各种焊接机器人的系统构成及周边装置焊接机器人的周边装置主要包括焊接变位机、移动滑台、回转工作台、焊枪清理装置等。1.焊接变位机焊接变位机是通过倾斜和回转动作，将工件置于便于实施焊接作业位置的机械或机器。焊接变位机与机器人连用可缩短辅助时间，提高劳动生产率，改善焊接质量。焊接变位机在机器人焊接作业中是不可缺少的周边设备，根据实际生产的需要焊接变位机可以有多种形式。从驱动方式来看，有普通直流电机驱动、普通交流电机驱动及可以与机器人同步协调运动的交流伺服驱动。2.移动滑台移动滑台也是焊接机器人的一个重要的周边装置，其主要用途是安置机器人或焊丝架，特别是在焊接大型工件时，移动滑台加大了机器人的工作范围，移动滑台的形式主要有以下几种。3.焊枪清理装置焊枪清理装置主要包括剪丝、沾油、清渣以及喷嘴外表面的打磨装置。剪丝装置主要用于用焊丝进行起始点检出的场合，以保证焊丝的干伸长度一定，提高检出的精度；沾油是为了
