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隨著電子技術(shù)

、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展

，自動(dòng)焊接機(jī)器人, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來

，其技術(shù)已日益成熟，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量

，能將焊接質(zhì)量以數(shù)值的形式反映出來

；

2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

；

3）改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可在有害環(huán)境下工作

；

4）降低了對工人操作技術(shù)的要求

；

5）縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資

。

因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用

。

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分

。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備

，以弧焊及點(diǎn)焊為例

，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）

、送絲機(jī)（弧焊）

、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)

，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等

。圖1a、b表示弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人的基本組成

。

世界各國生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)機(jī)器人

，絕大部分有6個(gè)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(tài)的不同要求

。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為平行四邊形結(jié)構(gòu)

，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)，如圖2a

、b所示

。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是上、下臂的活動(dòng)范圍大

，使機(jī)器人的工

焊接機(jī)器人示意圖

作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體

。因此，這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作

，以節(jié)省占地面積

，方便地面物件的流動(dòng)

。但是這種側(cè)置式機(jī)器人，2

、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)

，降低機(jī)器人的剛度，一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人

，用于電弧焊

、切割或噴涂。平行四邊形機(jī)器人其上臂是通過一根拉桿驅(qū)動(dòng)的

。拉桿與下臂組成一個(gè)平行四邊形的兩條邊

。故而得名。早期開發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較?div id="d48novz" class="flower left">

。ň窒抻跈C(jī)器人的前部）

，難以倒掛工作。但80年代后期以來開發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人（平行機(jī)器人）

，已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部

、背部及底部，又沒有測置式機(jī)器人的剛度問題

，從而得到普遍的重視

。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人。近年來點(diǎn)焊用機(jī)器人（負(fù)載100～150kg）大多選用平行四邊形結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人

。

上述兩種機(jī)器人各個(gè)軸都是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

，故采用伺服電機(jī)通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅(qū)動(dòng)。在80年代中期以前

，對于電驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人都是用直流伺服電機(jī)

，而80年代后期以來，各國先后改用交流伺服電機(jī)

。由于交流電機(jī)沒有碳刷

，動(dòng)特性好，使新型機(jī)器人不僅事故率低

，而且免維修時(shí)間大為增長

，加（減）速度也快。一些負(fù)載16kg以下的新的輕型機(jī)器人其工具中心點(diǎn)（TCP）的最高運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)3m/s以上

，定位準(zhǔn)確

，振動(dòng)小。同時(shí)

，機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法

，使之具有自行優(yōu)化路徑的功能，運(yùn)行軌跡更加貼近示教的軌跡編輯

點(diǎn)焊對焊接機(jī)器人的要求不是很高

。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制

，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求

，這也是機(jī)器人最早只能用于點(diǎn)焊的原因。點(diǎn)焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力

，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷

，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確

，以減少移位的時(shí)間

，提

高工作效率。點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力

，取決于所用的焊鉗形式

。對于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了

。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長

，電能損耗大

，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而不停擺動(dòng)

，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(zhì)量在70kg左右

。考慮到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力

，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接

，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人。為了適應(yīng)連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求

。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能

。這對電機(jī)的性能，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求

。

由于所設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人是在準(zhǔn)平面

、空間狹窄的環(huán)境下工作，為了保證機(jī)器人能根據(jù)電弧傳感器的偏差信息

，跟蹤焊縫自動(dòng)焊接

，要求所設(shè)計(jì)的機(jī)器人應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)靈活且工作穩(wěn)定．文中針對狹窄空間特點(diǎn)

，開發(fā)了一種小型移動(dòng)焊接機(jī)器人

，根據(jù)機(jī)器人各結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法

，把機(jī)器人機(jī)構(gòu)分為輪式移動(dòng)平臺

、焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和電弧傳感器三部分

。其中，輪式移動(dòng)平臺由于其慣性大

，響應(yīng)慢

，主要對焊縫進(jìn)行粗跟蹤，焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)焊縫精確跟蹤

，電弧傳感器完成焊縫偏差實(shí)時(shí)識別．另外

，機(jī)器人控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成安裝于機(jī)器人移動(dòng)平臺上，使其體積更小

。同時(shí)

，為了減少惡劣焊接環(huán)境下粉塵對運(yùn)動(dòng)部件影響，采用全封閉式結(jié)構(gòu)

，提高其系統(tǒng)可靠性

編輯

點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備

，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面

，所以變壓器必須盡量小型化

。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器

，已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流

，使變壓器的體積減少、減輕

。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接

，也可以再進(jìn)行二次整流，用直流電焊接

。焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)

，參見圖1b。新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化

，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器

，無需另配接口。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗

，通常用氣動(dòng)的焊鉗

，氣動(dòng)焊鉗兩個(gè)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(diào)定后是不能隨意變化的

。近年來出現(xiàn)一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗

，如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)

，碼盤反饋

，使這種焊鉗的張開度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置。而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)

。這種新的電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低

，因?yàn)楹搞Q的張開程度是由機(jī)器人精確控制的

，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過程、焊鉗就可以開始閉合

；而焊完一點(diǎn)后

，焊鉗一邊張開，機(jī)器人就可以一邊位移

，不必等機(jī)器人到位后焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機(jī)器人再移動(dòng)

；

2）焊鉗張開度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少張開度

，以節(jié)省焊鉗開度

，以節(jié)省焊鉗開合所占的時(shí)間。

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3）焊鉗閉合加壓時(shí)

，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合

，減少撞擊變形和噪聲

。

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