焊接機(jī)器人

　　介紹

　　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)弧焊機(jī)器人工作站，從60年代開(kāi)始用于生產(chǎn)以來(lái)，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；

　　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(duì)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。

　　組成

　　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(duì)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。

　　結(jié)構(gòu)形式及性能

　　世界各國(guó)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(guò)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(kāi)發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較小（局限于機(jī)器人的前部），難以倒掛工作。但80年代后期以來(lái)開(kāi)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(méi)有測(cè)置式機(jī)器人的剛度問(wèn)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(lái)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。

　　特點(diǎn)

　　點(diǎn)焊機(jī)器人的基本功能

　　點(diǎn)焊對(duì)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(méi)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(duì)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(zhǎng)，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(duì)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。

　　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(duì)于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對(duì)于容量較大的變壓器，已經(jīng)開(kāi)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(jiàn)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(wú)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(kāi)口度一般只有兩級(jí)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(lái)出現(xiàn)一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗，如圖4所示。焊鉗的張開(kāi)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(kāi)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(wú)級(jí)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(kāi)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(guò)程、焊鉗就可以開(kāi)始閉合；而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開(kāi)，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會(huì)或焊鉗完全張開(kāi)后機(jī)器人再移動(dòng)；

　　2）焊鉗張開(kāi)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?gòu)堥_(kāi)度，以節(jié)省焊鉗開(kāi)度，以節(jié)省焊鉗開(kāi)合所占的時(shí)間。

　　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。