研究生焊接機器人系統(tǒng)技術.ppt

一. 機器人技術概述,1.1機器人的一般概念 機器人作為20世紀出現(xiàn)的新名詞，是從英文“ROBOT” 一詞譯過來的。國際上關于機器人仍然沒有統(tǒng)一的定義。 國際標準化組織（ISO）曾于1987年對工業(yè)機器人下 了一個定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和 移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機” ,大多數(shù)機 器人是用于生產(chǎn)活動，以提高產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)效率的，也 可以說機器人是一個通用的自動化裝置。,1.2焊接機器人的發(fā)展,1.2. 概況 現(xiàn)代機器人學作為一門集機械、電子、計 算機、光學、信息與自動控制以及人工智能 等為一體的綜合技術學科，它的研究始于20 世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的 發(fā)展、以及原子能的開發(fā)和利用。,最早的需求背景: 原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某種機械代 替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下， 美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年 開發(fā)了遙控機械手，用于搬運放射性材料, 1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。,美國機器人技術的發(fā)展 1954年美國的DEVOC最早提出了工業(yè)機 器人的思想，并申請了專利; 1958年美國的CONSOLIDATED公司制作 了第一臺機器人; 1962年，美國UNIMATION公司的第一臺 UNIMATE機器人在美國通用汽車廠投入使用; 1968年, 麥卡錫人工智能實驗室報告了有 手、眼和耳的機器人的開發(fā)情況; 此時，其他國家也開始認識到工業(yè)機器人的 潛力。,日本機器人技術的發(fā)展,1967年,日本于從美國引進第一臺UNIMATE機器人, 并成立了人手研究會; 1968年,日本開始研制機器人; 1973年,日本產(chǎn)業(yè)用機器人工業(yè)會（JIRA）創(chuàng)立; 1980年，工業(yè)機器人真正在日本普及，稱該年為“機 器人元年”。 據(jù)報道; 到1984年底，日本已擁有工業(yè)機器人67300 臺; 92年達349，458臺，2000年約超過500,000,數(shù)量 占世界首位。,歐洲及前蘇聯(lián)機器人技術的發(fā)展,前蘇聯(lián)從六、七十年代開始開發(fā)應用機器人。1963年研制成功第一臺焊接機器人，1972年研制成功監(jiān)控式具有傳感器的機器人，并用于海洋考察。此外，英國、西德、瑞典、瑞士等都有活躍的研究機構，并進行了大量的研究，取得了很大的成果。,我國機器人技術的發(fā)展,我國也從70年代初開始注重機器人技術的研究。“七五”、“八五”、“九五”期間，機器人技術一直被列入國家重點科技攻關項目。沈陽自動化所、哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、南京理工大學等對機器人的相關技術展開了深入的研究，初步掌握了設計和制造機器人的核心技術。并相繼研制出一批工業(yè)機械手投入生產(chǎn)應用。甚至在實驗室研制出手眼機器人和仿人行走機器人等達國際先進水平的第二、第三代智能機器人。 但在機器人產(chǎn)業(yè)化方面仍遠遠落后于工業(yè)發(fā)達國家。,1.3 焊接機器人的應用,1.3.1 概述 工業(yè)機器人的應用范圍十分廣泛，它首先適于 在高溫、有毒、高粉塵及存在放射性物質(zhì)等惡劣的 作業(yè)環(huán)境下或在一些人所不能到達的范圍內(nèi)使用， 同時，也用于完成如裝飾、搬運等重復性的枯燥、 繁重的任務, 目前主要應用于自動化工業(yè)部門，其中 應用最多的行業(yè)是汽車制造業(yè)。 國外許多學者都認為：一個國家不擁有一定數(shù) 量的機器人，就不具備二十一世紀競爭的工業(yè)基礎。 因此，在一些產(chǎn)業(yè)部門，大力開發(fā)機器人技術、 發(fā)展國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)有著重大的技術意義。,世界主要工業(yè)國家及地區(qū)焊接機器人數(shù)量對比表,上表說明，那些經(jīng)濟迅速發(fā)展的或發(fā)達的工業(yè)國家，都把機器人用于焊接作為一個主要的方向。自上世紀中期，一些歐美國家每年新增機器人數(shù)量以40%的速度增加，如美國、德國、法國、西班牙、韓國等等。臺灣每年新增機器人數(shù)量達到800臺。有專家在九十年代初預測中后期大陸將每年新增機器人數(shù)量100-150臺，但由于經(jīng)濟大環(huán)境的原因，實際未達到該增量。 當進入21世紀發(fā)展極為迅速，2007年增4000臺/年；,1.3.2 機器人技術發(fā)展的動力概述,日本Hasegawa教授等認為機器人的發(fā)展與勞動力成本、機器人價格有關，見下圖。,機器人數(shù)量與機器人價格和勞力成本的關系,工業(yè)自動化目標:,1.3.3 焊接機器人應用的領域,日本: 汽車等車輛行業(yè)約占45%、造船約占 11%、機器制造約占8%、金屬制造約占 7%、電機5%、橋梁2% 、其它22% 。“其 它”是指目前不便歸類的諸多產(chǎn)品。其它22% 也說明弧焊機器人應用的廣泛性。,中國焊接機器人應用情況,02年前機器人行業(yè)分布 96年前弧焊機器人行業(yè)分布,02年以前,從中國機械工程學會和焊接協(xié)會在96年的調(diào)查表明，我國目前使用焊接機器人進行生產(chǎn)的工廠大約有70家左右，焊接機器人總數(shù)達到500臺（包含高等院校及科研單位用的焊接機器人），已建成的機器人焊接機器人柔性生產(chǎn)線5條，機器人焊接工作站約300個，國內(nèi)已具有生產(chǎn)點焊、弧焊機器人設計制造能力的廠家近10家。在工廠中用作弧焊的機器人稍比點焊的多，分別占53%和46%。這些機器人主要集中在汽車、摩托車及工程機械三個主要行業(yè)里。到2000年，我國安裝的焊接機器人總數(shù)為1600臺，約占所有機器人總數(shù)的45%。從這個數(shù)目來看，我國的焊接機器人的裝機數(shù)量并不多。 至2007年，年增長4000臺，預計在今后幾年內(nèi)，我國焊接機器人的裝機數(shù)量還將會持續(xù)快速增長。,至2007年，年增長4000臺，預計在今后幾年內(nèi)，我國焊接機器人的裝機數(shù)量還將會持續(xù)快速增長； 至2006年兵器系統(tǒng)新增機器人系統(tǒng)28套，24套在裝甲車輛行業(yè)，4套在彈箭行業(yè)。,據(jù)IFR統(tǒng)計，截至2000年底，世界上工業(yè)機器人總的裝機數(shù)量在100萬臺以上，從1997年起，世界上工業(yè)機器人每年的裝機數(shù)量都超過8萬臺，2000年的裝機數(shù)量比上一年增加了25%。同時機器人的價格卻在逐年下降，2004年的單臺機器人價格只有1990年時的約八分之一。,我國機器人研究情況,國家“863”計劃智能機器人主題“九五”期間的指導思想是“把高科技成果向大中型企業(yè)轉(zhuǎn)移，以加速機器人的推廣與應用，創(chuàng)建我國的機器人產(chǎn)業(yè)陣地，形成自主知識產(chǎn)權體系。1996年7月，“一汽”與“863”智能機器人主題合作開發(fā)的HT100A型點焊機器人試制成功。 以中科院沈陽自動化所與沈陽第一機床廠為基礎組建的東北機器人集團公司遼寧省工業(yè)機器人生產(chǎn)基地。1995年研制成功S1348多關節(jié)6自由度可用于弧焊的機器人。計劃于2000年形成年產(chǎn)量 1000臺的生產(chǎn)能力。,我國機器人研究情況,湖北東風汽車裝配公司與德國KUKA公司合作于1996年5月組裝了第一臺KUKA125KG點焊機器人。 1996年9月，首鋼莫托曼機器人有限公司成立。該公司由首鋼總公司、日本安川電機公司、巖谷產(chǎn)業(yè)公司共同投資組建。該公司全面引進安川公司MOTOMAN系列產(chǎn)品技術，在國內(nèi)組裝并在國內(nèi)外開展機器人生產(chǎn)線的承包工程。,安川機器人-摩托曼機器人公司 法拉科機器人-法拉科器人公司 KOKU機器人- KOKU機器人公司 ABB機器人- ABB機器人公司 Igm機器人- Igm機器人公司,應用焊接機器人系統(tǒng)后可獲得如下好處：,(1)提高產(chǎn)品質(zhì)量； (2)改善柔性能力； (3)縮短傳遞時間； (4)改善工作環(huán)境； (5)提高企業(yè)革新形象和勞動生產(chǎn)率以及降 低生產(chǎn)成本。,1.4 焊接機器人的分類,（1)弧焊機器人 由于弧焊工藝早己在諸多行業(yè)中得到普及，弧 焊機器人在通用機械、造船等許多行業(yè)中得到廣泛 運用?；『笝C器人不只是一個簡單的操作運動機 構，是包括各種電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系 統(tǒng)，因而對其性能有著特殊的要求。在弧焊作業(yè) 中，焊槍尖端應沿著預定的的焊道軌跡運動，并不 斷填充金屬形成焊縫。,因此運動過程中速度的平穩(wěn)性和重復定位精度是兩項重要指標。一般情況下，焊接速度約取30300cm/Min，軌跡重復定位精度約為(0205)mm。其它一些基本性能要求如下： 1)與焊機通訊功能; 2)設定焊接條件(焊接電流、焊接電壓、焊接速度等)，引弧、熄弧焊接條件設置，斷弧檢測及搭接功能等； 3)擺動功能及擺焊文件設置； 4)坡口填充功能； 5)焊接異常功能檢測； 6)焊接傳感器(起始焊點檢出及焊縫跟蹤)的接口功能； 7)與計算機及網(wǎng)絡接口功能。,（2)點焊機器人 汽車工業(yè)是點焊機器人系統(tǒng)一個主要的應用領域，在裝配每臺汽車車體、車身時，大約60的焊點是由機器人完成。最初，點焊機器人只用于往己拼接好的工件上增加焊點，后來為了保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業(yè)。這樣，點焊機器人逐漸被要求有更好的作業(yè)性能，主要有： 1)與點焊機的接口通訊功能； 2)工作空間大； 3)點焊速度與生產(chǎn)線速度相匹配，快速完成小節(jié)距的多點定位(大約每0304s移動3050mm且準確定位)； 4)持重大(50100kg)，以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗； 5)定位準確，精度約025mm，以確保焊接質(zhì)量； 6)內(nèi)存容量大，示教簡單； 7)離線編程接口功能。,1.4 焊接機器人的分類,焊接機器人是一個典型的機電一體化產(chǎn)品，可以按動力源驅(qū)動方式、用途、運動軌跡方式等不同對其進行分類。 按動力源驅(qū)動方式不同分，焊接機器人各分為以下幾類： （1)氣壓驅(qū)動 使用壓力在0410MPa。氣壓驅(qū)動的主要優(yōu)點是氣源方便，驅(qū)動系統(tǒng)采用具有緩沖作用的汽缸，氣壓驅(qū)動結(jié)構簡單，成本低，易于保養(yǎng)；主要缺點是裝置體積大，定位精度不高。氣壓驅(qū)動機器人適用于易燃、易爆和灰塵大的場合，一般用于專用機器人如搬運、防爆機器人。,（2)液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動系統(tǒng)的功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，且系統(tǒng)的固有效率高、快速性好，同時液壓驅(qū)動調(diào)速比較簡單，能通過流量閥在很大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速；其主要缺點是需要油泵液壓站，容易漏油，這不僅影響工作穩(wěn)定性與定位精度，而且污染環(huán)境，液壓系統(tǒng)需配備壓力源及復雜的管路系統(tǒng)，因而故障多，維修復雜，成本也較高。液壓驅(qū)動多用于要求輸出力較大、運動速度要求不太高的場合，一般用于專用機器人。,（3)電氣驅(qū)動 電氣驅(qū)動是利用各種電動機產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)距，直接或經(jīng)過減速機構去驅(qū)動負載，以獲得要求的機器人運動。驅(qū)動電機又可分為步進電機驅(qū)動、直流電機驅(qū)動、無刷直流電機驅(qū)動和交流伺服電機驅(qū)動等多種方式。交流伺服電機驅(qū)動有著最大的轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比，由于沒有電刷，其可靠性很高，壽命長，維護更換容易。電氣驅(qū)動由于具有易于控制，運動精度高，使用方便，成本低廉，驅(qū)動效率高，不污染環(huán)境的諸多優(yōu)點，是最普遍、應用最多的驅(qū)動方式。目前生產(chǎn)的機器人大多采用交流伺服電機驅(qū)動。,按操作手機構的坐標系特點來分,（1)直角坐標型 這類機器人的結(jié)構和控制方案與機床類似，其到達空間位置的三個運動是由直線運動構成，運動方向互相垂直，其末端操作器的姿態(tài)調(diào)節(jié)由附加的旋轉(zhuǎn)機構實現(xiàn)。這種形式的機器人優(yōu)點是運動學模型簡單，各軸線位移分辨率在操作客積內(nèi)任一點上均為恒定，控制精度容易提高；缺點是機構較龐大，工作空間小，操作靈活性較差。簡易和專用焊接機器人常采用這種形式。,（2)圓柱坐標型 這類機器人在基座水平轉(zhuǎn)臺上裝有立柱，水平臂可沿立柱作上下運動并可在水平方向伸縮。這種結(jié)構方案的優(yōu)點是末端操作器可獲得較高速度，缺點是末端操作器外伸離開立柱軸心愈遠，其線位移分辨精度愈低。,（2)圓柱坐標型 這類機器人在基座水平轉(zhuǎn)臺上裝有立柱，水平臂可沿立柱作上下運動并可在水平方向伸縮。這種結(jié)構方案的優(yōu)點是末端操作器可獲得較高速度，缺點是末端操作器外伸離開立柱軸心愈遠，其線位移分辨精度愈低。,（3)球坐標型 與圓柱坐標結(jié)構相比較，這種結(jié)構形式更為靈活。 （4)全關節(jié)型 全關節(jié)型機器人的結(jié)構類似人的腰部、臂部和腕部，其位置和姿態(tài)全部由旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)，其優(yōu)點是機構緊湊，靈活性好，占地面積小，工作空間大，可獲得較高的末端執(zhí)行器線速度。目前焊接機器人大多采用全關節(jié)型的結(jié)構形式。,根據(jù)受控運動方式，焊接機器人可分為以下幾類： （1)點位控制(PTP)型 機器人受控運動方式為自一個點位目標移向另一個點位目標，只在目標點上完成操作。要求機器人在目標點上有足夠的定位精度。點位控制型機器人主要用于點焊、搬運、澆注作業(yè)。 （2)連續(xù)軌跡控制(CP)型 機器人各關節(jié)間時作受控運動，使機器人末端按預期的軌跡和速度運動，為此各關節(jié)控制系統(tǒng)需要實時獲取驅(qū)動機的角位移和角速度信號。連續(xù)控制主要用于弧焊、噴漆機器人。,1.5 焊接機器人的發(fā)展方向,隨著焊接機器人的深入應用，焊接機器人 已向多方向發(fā)展，目前焊接機器人的主要發(fā)展 方向是： (1) 機器人與柔性生產(chǎn)線相結(jié)合 主要是為適應現(xiàn)代生產(chǎn)中產(chǎn)品更新?lián)Q代和小 批量多品種的需要，將弧焊機器人和變位機、 基架等等周邊設備柔性化集成為迫切需要的技 術。它可以減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。,(2)機器人控制的開放型體系結(jié)構,開放意味著互用性，目前工業(yè)機器人控制 器最大的擔心是它的功能專一、性能不完善。人 們渴望有一種容易使用、易通訊、數(shù)據(jù)共享、容 易二次開發(fā)的機器人。推廣基于PC的平臺，實 際上是考慮用戶對性能和成本的要求，使機器人 從專用的控制器向基于PC機的開放、通用的控 制器過沮。如美國puma機器人，具有PC機編 程、通訊和監(jiān)控功能。,(3)焊接機器人的智能化,要真正將技術人員和熟練工人從繁重的勞 動中解脫出來，甚至能直接代替人在惡劣、 危險的環(huán)境中進行自動焊接作業(yè)，必須開發(fā) 具有一定智能的智能機器人，焊接機器人的 智能化主要表現(xiàn)為傳感器的智能化。 (4)機器人按制從單機向集散式、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。,從這個意義上，機器人的發(fā)展可分為三代：第一代是示教型機器人，目前在工廠廣泛使用，它的功能是示教再現(xiàn)。即示教時操作者通過示教盒編程記錄焊接路徑關鍵點，并設置焊接引弧點、熄弧點以及焊接工藝參數(shù)。再現(xiàn)時機器人沿示教好的軌跡和焊接工藝參數(shù)精確執(zhí)行。并可以周爾復始，全自動運行。這種工作方式重復件好，但沒有視覺，缺少對環(huán)境變化的自適應能力，例如當實際行走軌跡與示數(shù)軌跡由于加工、安裝、焊接變形等原因存在位置偏差時，導致焊接質(zhì)量不好甚至失敗。第二紀弧焊機器人是具有一定傳感功能的示教機器人，如視覺、力覺、觸覺等傳感器，在示教的基礎上可以適應環(huán)境的變化，目前在某些領域某些功能上已經(jīng)到生產(chǎn)應用階段，并產(chǎn)生顯著經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)尚處于實驗室研究階段。第三代是智能機器人。能理解人的命令，預知或感知外部環(huán)境，自行規(guī)劃操作順序、自動制定運動軌跡、焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)，并實時修正，以完成特定的任務，目前這是國內(nèi)外學者研究的熱點和難點。融合CAX技術和視覺傳感技術的智能機器人是焊接機器人的重要研究和發(fā)展方向。,1.6 弧焊機器人系統(tǒng)組成,弧焊機器人系統(tǒng)組成-機器人控制箱,控制箱面板,示教盒,二.焊接機器人系統(tǒng)的基本配置,2.1 機器人系統(tǒng)概述 焊接機器人工作站是一個操作系統(tǒng)，通常由機器 人、焊接設備、機器人或工件的移動機械裝置、工件 變位裝置、工件的定位和夾緊裝置、焊槍噴嘴或焊鉗 電極的清理或修整裝置、安全保護裝置等組成。根據(jù) 工件的具體結(jié)構情況、所要焊接的焊縫位置的可達性 和對接頭質(zhì)量的要求，焊接機器人工作站的配置有所 不同，但焊接機器人工作站不是配備有焊槍(鉗)的機 器人。,2.2 焊接機器人的選擇,2.2.1 焊接機器人的選擇: 焊接用的工業(yè)機器人基本上都屬于電驅(qū)動的6軸關 節(jié)式機器人（也有氣動式的），其中1、2、3軸協(xié)調(diào)運 動是把焊槍(鉗)送到制定的空間位置，而4、5、6軸的 協(xié)調(diào)運動是解決焊槍(鉗)的姿態(tài)問題。由于交流伺服電 機沒有碳刷，動特性好，負載能力強，機器人的故障 率低，免維修時間長，各軸運動的加(減)速度快，固近 代工業(yè)機器人各關節(jié)(軸)的運動基本上全由交流伺服電 機來驅(qū)動。,關節(jié)式機器人本體結(jié)構一般由兩種形式既平行四邊形結(jié)構形式和側(cè)置結(jié)構形式。從圖可以看出，側(cè)置結(jié)構機器人的上、下臂的活動范圍較大，腰部軸不轉(zhuǎn)動就可以將焊槍從前下部位置經(jīng)頂部運動到機器人的后下部，配合腰部軸轉(zhuǎn)動，最大工作空間將接近球面。該類型機器人適合于倒置安裝，可增加工作范圍，減少占地面積，方便地面的物流。但是，側(cè)置式機器人的大、小臂軸為懸臂結(jié)構，剛度稍低些，負載能力相對較小，適用于弧焊、切割或激光焊割等。,平行四邊形結(jié)構形式,側(cè)置式機器人操作機,點焊和搬運機器人(負載20150kg)一般都采用平行四邊形結(jié)構?；『赣玫臋C器人負載能力都在316Kg范圍，兩種形式的機器人都可以選用。目前，更多工廠采用弧焊機器人倒掛安裝方式，應而選用側(cè)置式機器人逐漸增多。為了適應市場需求的這種變化趨勢，一些原來只生產(chǎn)平行四邊形機器人的公司，現(xiàn)在也開始生產(chǎn)側(cè)置式機器人了。,2.2.2 機器人的底座和安裝,機器人的底座和機架是最簡單的外圍設備，它們 的作用都是把機器人安裝在一個合適的高度上，如圖 2.2.2-1所示。圖2.2.2-2a的底座是機器人直立安裝時 采用的，而圖2.2.2-3b的機架是機器人倒掛安裝時采 用的。前面已經(jīng)介紹了平行四邊形機器人和側(cè)置機器 人的工作空間。若用離地面不同高度的平面去截取機 器人的工作空間，就會發(fā)現(xiàn)不同高度的工作空間的最 大寬度是不同的。如果被焊工件的寬度較大，就必須 把機器人安裝在一個合適的高度上，使機器人的焊鉗 或焊槍,2.3-2a 機器人的底座 2.3-2b 機架,能達到所有需要焊接的部位，同時還要照顧到操作 和維護的方便與安全。 廠商所提供的機器人最大工作范圍是以腕關節(jié) 的中心點畫出的，并沒有考慮焊槍的大小。因此， 用戶在分析機器人工作范圍時應把焊槍(鉗)的尺寸 和焊接時的姿態(tài)考慮進去?？紤]了焊槍(鉗)的尺寸 并不意味裝了焊槍(鉗)后機器人的工作范圍一定加 大，有時在某些姿態(tài)下，它甚至會比機器人廠商提 供的機器人最大工作范圍還小。,2.3 弧焊機器人系統(tǒng)焊接裝置的選擇,焊接系統(tǒng)是弧焊機器人工作站重要部分，由焊接電 源、焊槍(焊炬)和送絲機構、氣路等部分組成，對TIG 焊或等離子弧焊則無須送絲機構。如機器人和焊接裝 備分別采購，若工廠又希望機器人控制柜能夠?qū)附?參數(shù)進行編程和控制，則須解決焊接裝備和機器人控 制柜之間的接口問題，一般還是由機器人供應商成套 供貨為好。典型MAG（CO2）焊機器人的基本組成如 圖2.3-1所示。,2.3-1 弧焊機器人的基本組成 1一弧焊機器人2一工作臺 3一焊槍4一防撞傳感器 5一送絲機6一焊絲盤 7一氣瓶 8一焊接電源 9一三相電源 10一機器人控制柜 11一編程器,弧焊機器人系統(tǒng)焊接裝置的選擇,焊接系統(tǒng)是弧焊機器人工作站重要部分，由焊接電源、焊槍(焊炬)和送絲機構、氣路等部分組成，對TIG焊或等離子弧焊則無須送絲機構。如機器人和焊接裝備分別采購，若工廠又希望機器人控制柜能夠?qū)附訁?shù)進行編程和控制，則須解決焊接裝備和機器人控制柜之間的接口問題，一般還是由機器人供應商成套供貨為好。典型MAG（CO2）焊機器人的基本組成如圖。,2.3.1熔化極氣體保護焊焊接電源的種類和選擇,由于機器人焊接的燃弧率比手工焊高得多, 與機 器人配套的焊接電源必須注意暫載率，即使實際焊 接采用的焊接規(guī)范和半自動焊相同，機器人用焊接 電源的容量也應選用更大的。 如: 用直徑16mm焊絲、380A電流進行半自動 焊，可以選用暫載率60、額定電流500A的焊接電 源，若選用弧焊機器人同規(guī)范操作，其配套的焊接 電源須選用100暫載率的500A電源或暫載率60 的600A或更大容量的電源。,它們之間容量的換算公式： I100(I J600.6)1/2 其中，J6。表示負載持續(xù)率60電源的額定電流值，而I100為對應負載持續(xù)率100的額定電流值。如采用大電流長時間焊接，電源容量最好要有一定保險系數(shù)，否則會使電源因升溫過高而不能正常工作。目前，可以和機器人配套的熔化極氣體保護焊的電源非常多，但機器人供應商往往推薦與其協(xié)作的電源供應商,企業(yè)也可根據(jù)自身使用需求,提出對配套電源類型或品牌的要求,常用于弧焊機器人的焊接電源大體上有如下幾類： (1)普通焊接電源 目前機器人配備的比較廉價的普通焊接電源是晶閘管電源，負載持續(xù)率一般為60。這種電源已普遍用在手工半自動焊，若用于焊接機器人工作站系統(tǒng),須注意容量問題。另外，晶閘管電源一般沒有更有效的抑制飛濺的功能，當采用短路過渡形式的MAG(C02)氣體保護焊時，飛濺一般較大,目前已較少用該類電源配套機器人使用。,(2)具有減少短路過渡飛濺功能的逆變電源,一般該類電源采用IGBT逆變電路,焊接電源動特性好,反應速度快,能較好的適應于弧焊機器人工作站系統(tǒng)的需求。其具有的減少短路過渡飛濺功能,主要用于焊接較薄的工件，并且在采用短路過渡形式的焊接規(guī)范焊接時才有實際意義。選用時要注意電源所要求的輸入電壓，因為有些供應商產(chǎn)品的輸入電壓與國內(nèi)不同，如日本產(chǎn)的這類電源，輸入電壓為三相200V，必須同時配備一臺大容量的380V到200V的三相降壓變壓器，該類變壓器的價格約為幾千元。,(3)顆粒過渡或射流過渡用大電流電源,這種焊接電源容量都比較大(600A以上)，負載持續(xù)率為100適用于采用混合氣體保護射流過渡焊、粗絲大電流C02氣體保護潛弧焊或雙絲焊等方法，常用來焊接重、大、厚的工件，該類電源有逆變電源也有晶閘管式電源，,(4)有特殊功能的焊接電源,有特殊功能的焊接電源種類很多，如適合鋁和鋁合金的TIG焊的方波交流電源，變極性等離子電源，雙絲焊電源，高速焊電源，帶有專家系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制(或單旋鈕)MIGPMIG焊接電源等。有的電源能自動根據(jù)焊絲伸出長度的變化相應地調(diào)節(jié)焊接規(guī)范，使焊出的焊縫保持相同的熔寬或熔深。 機器人配套的焊接電源最好是根據(jù)工件特征、材質(zhì)和焊接工藝參數(shù)來選擇所需的功能。,2.3.2熔化極氣體保護焊送絲系統(tǒng)的選擇,2.4焊接機器人變位裝置的設計與選擇,要使焊接機器人能夠用于焊接工件，還需要有相應的外圍設備。外圍設備大致可分為機器人的底座，工件的固定工作臺，工件的變位、翻轉(zhuǎn)、移位裝置，機器人的龍門機架、固定機架和移動裝置等。工件的固定還需要有胎具和夾具，還可能需要配備清槍裝置，剪絲裝置和焊鉗電極的修整、更換裝置等輔助設備。大部分機器人的生產(chǎn)廠家都有自己的標準外圍設備可供選用，但如果將它們與其他公司的機器人組合有的可能會出現(xiàn)不能協(xié)調(diào)現(xiàn)象困難。 工件的變位機可使焊縫處于水平或船型位置，易于獲得質(zhì)量高、外觀好的焊接接頭。變位機在弧焊機器人工作站系統(tǒng)中占有重要的地位，種類也比較多，應根據(jù)實際情況選擇, 以下介紹幾種典型的變位與運動裝置產(chǎn)品:,2.4.1 焊接工作臺,若被焊工件的焊縫少，或處在水平位置，或 對焊接質(zhì)量要求不很高，焊接時不需工件變位， 可以將工件固定在工作臺上。工作臺上面可以固 定一個或多個夾具，機器人在各工位間來回焊 接，雖然操作工人需要翻轉(zhuǎn)工件和裝卸工件才能 完成一個工件的焊接，但可節(jié)省一套工件變位 (翻轉(zhuǎn))機等的投資，且生產(chǎn)節(jié)拍一般也能保證。,2.4.2 旋(回)轉(zhuǎn)工作臺,旋轉(zhuǎn)工作臺只有一個使工件旋轉(zhuǎn)的臺面,即只有1個外部軸，沒有傾斜功能。工作臺上的轉(zhuǎn)盤是由電機驅(qū)動的，可以無級變速。該工作臺多用于焊接環(huán)形焊縫，即轉(zhuǎn)盤帶動工件旋轉(zhuǎn), 機器人將焊槍定位在工件上方進行焊接。該類旋轉(zhuǎn)工作臺還可以設計為一種兩工位的回轉(zhuǎn)工作臺，每次轉(zhuǎn)1800，把工件輪流送到焊接區(qū)和下料區(qū)。通常采用圓形工作臺面，驅(qū)動電機可通過分度機構驅(qū)動臺面作分度轉(zhuǎn)動，每次只轉(zhuǎn)動30、45、60或90,此種工作臺可以將固定在轉(zhuǎn)盤周邊的工件依次送入、送出焊接區(qū)。如把工件固定在轉(zhuǎn)盤中心，則可將工件的不同側(cè)面分別轉(zhuǎn)向機器人以便焊接。,軸的回轉(zhuǎn)工作臺,2.4.3 二軸的旋轉(zhuǎn)十傾翻變位機,旋轉(zhuǎn)十傾翻變位機是在上述的旋(回)轉(zhuǎn)工作臺的基礎上增加一個使轉(zhuǎn)盤能傾斜的軸。該類變位機的旋轉(zhuǎn)軸大多由伺服電機通過變速箱驅(qū)動，碼盤反饋，閉環(huán)控制，可無級調(diào)速,可與機器人實現(xiàn)協(xié)調(diào)聯(lián)動。傾斜軸有氣缸驅(qū)動的也有電機驅(qū)動的，但氣缸只能傾斜有限的幾個選定角度，并用定位銷鎖定位置，而電機驅(qū)動的可實現(xiàn)無級定位。轉(zhuǎn)盤可由電機驅(qū)動連續(xù)轉(zhuǎn)動或通過分度機驅(qū)動作分度轉(zhuǎn)動。該類2軸變位機可以使工件焊縫處于水平或船形位置。但一般最大傾斜的角度有限，一般只能向下傾斜90-120。這種變位機多用于重心較低、較短小的工件。,二軸的旋轉(zhuǎn)+傾斜變位機,L型變位機,L型變位機克服了上述旋轉(zhuǎn)十傾翻變位機的不足，L型變位機的傾斜軸布置在轉(zhuǎn)盤的上方，傾斜時工件的重心以及處于傾斜軸附近的接縫的空間位置都不會有大的變動。因此，夾具、電機、變速箱都不需加大。工件還能作360(公轉(zhuǎn))的傾斜和360(自轉(zhuǎn))的旋轉(zhuǎn)運動，故又稱回轉(zhuǎn)型2軸變位機。該類變位機使得機器人(通常布置在L型變位機的前方)焊槍的可達性良好,因而L型變位機的應用越來越多，該類變位機結(jié)構也出現(xiàn)了一些變種。,二軸的L型變位機,L型變位機的應用越來越多，該類變位機結(jié)構也出現(xiàn)了一些變種。如將兩個旋轉(zhuǎn)/傾斜變位機或兩個L型變位機背靠背組合起來, 并在其中間加一個公共的回轉(zhuǎn)軸，這樣形成了可5軸聯(lián)動的變位機,該結(jié)構可使兩個變位機能正反180回轉(zhuǎn)，形成兩個工位，輪流處在焊接位置和下料位置。后圖為兩個旋轉(zhuǎn)傾斜變位機組成的5軸變位機。,雙“旋轉(zhuǎn)傾斜” (5軸)變位機,U型變位機,2.4.4 翻轉(zhuǎn)變位機,翻轉(zhuǎn)變位機是由頭座和尾架組成，適用于長工件的翻轉(zhuǎn)變位。一般由伺服電機驅(qū)動頭座轉(zhuǎn)盤，采用碼盤反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制，可以任意調(diào)速和定位。但也可通過分度機構驅(qū)動，翻轉(zhuǎn)幾個固定的位置。尾架的轉(zhuǎn)盤軸一般是被動軸。通常頭座、尾架之間用一個長方形框架連接起來，框架上裝有固定工件的夾具。有時也可利用長工件本身來連接頭尾座，但注意裝配定位焊后工件要有足夠的剛性和強度來傳遞扭矩,以便能正常運動。,翻轉(zhuǎn)變位機,與L、U型(見圖圖7.3-9)變位機相比，翻轉(zhuǎn)變位機可使機器人既能對工件的正面也能對工件的背面進行焊接。若將尾架可以安在一個滑軌上，則頭、尾座的距離能隨意調(diào)節(jié)，則該變位機允許焊件的長度有較大變化,若將一臺旋轉(zhuǎn)十傾斜變位機的轉(zhuǎn)盤傾斜成垂直狀態(tài)，作為頭座，再配一個尾架，如后圖所示, 這種組合的翻轉(zhuǎn)變位機更為靈活，組合起來可做翻轉(zhuǎn)機，單獨使用可做2軸變位機，只是投資稍高一些。,旋轉(zhuǎn)+傾斜變位機和尾座組合的翻轉(zhuǎn)變位機,2.4.5 復合型變位機,復合型變位機是上述幾種變位形式的組合有 各種各樣的組織形式。 2.4.5-1 “H型”回轉(zhuǎn)變位機 下圖是一種H型回轉(zhuǎn)變位機，它將兩個較小的翻 轉(zhuǎn)變位機組合在一個H型架的兩端，并在H型機架的 中間加一個能回轉(zhuǎn)正反1800的立軸,形成了3軸變位, 這種H型回轉(zhuǎn)變位機可適用于長工件，有兩個工位， 一個在焊接，一個在下料。,2.4.5.2 “H型”翻轉(zhuǎn)變位機,H型變位機的另一個變種是把回轉(zhuǎn)軸由垂直改為傾斜，使H型機架由水平變?yōu)橐活^高一頭低。低的一頭方便操作人員裝卸工件，機器人在高處進行焊接，更為安全，而且較寬的工件在高處也能有較大的空間翻轉(zhuǎn),見下圖。,“H型”翻轉(zhuǎn)變位機,可偏擺（5軸）“H型”回轉(zhuǎn)變位機,另一種變形結(jié)構，即在H型機架的中間增加兩個水平軸作偏擺運動(共5個軸)，使H型機架兩端的翻轉(zhuǎn)架能分別作上下偏擺，以便一些角焊縫能處于船形位置下焊接，如下圖所示。,可偏擺（5軸）“H型”回轉(zhuǎn)變位機,可偏擺（5軸）“H型”回轉(zhuǎn)變位機,這種5軸可偏擺的H型翻轉(zhuǎn)變位機也可以將H型機架安裝成傾斜的，如圖所示，使工件在高處進行焊接時，機架可以作更大角度的偏擺。,傾斜.可偏擺（5軸）“H型”回轉(zhuǎn)變位機,3軸翻轉(zhuǎn)的“H型” 變位機,上述的H型回轉(zhuǎn)變位機都有一個共同的問題，即機架回轉(zhuǎn)時要劃過一個很大的面積，不僅占地面積大，且容易出人身事故。為了克服這一缺點，開發(fā)了一種3軸翻轉(zhuǎn)的H型翻轉(zhuǎn)機(共)，如圖所示。這種H型翻轉(zhuǎn)機比較適合于焊接長度、寬度和重量都不很大的工件。,3軸翻轉(zhuǎn)的“H型” 變位機,2.4.5 搬運機器人變位機,進入90年代以來，由于機器人控制技術的發(fā)展和價格的降低，已經(jīng)有將搬運機器人作為焊接變位機來使用的趨勢。用搬運機器人作變位機使用，具有極好的靈活性、柔性和精度，比上述任何一種變位機都要好，價格也不太高。搬運機器人的負載能力大，可以將夾具和工件一同提起、運送和放下，而焊接機器人可選用比較小型的以降低設備成本。用搬運機器人作變位機容易實現(xiàn)雙機器人的協(xié)調(diào)運動，可以更好地焊接復雜曲線的焊縫，使焊縫處于水平（船型）位置。采用搬運機器人變位機，若改焊另一種工件時，只需更換夾具(硬件)和機器人的程序(軟件)，工作量小，耗時少，換型快。搬運機器人作變位機所用的夾具大多是比較簡單的通用抓手，制造成本低。還可以充分發(fā)揮其搬運能力的作用，即可以從一處取來工件給機器人焊接，焊后把工件送到另一個位置，加快工件的輸送和搬運的速度，也可節(jié)省工件輸送設備的投資。,2.5 弧焊機器人運動裝置的設計與選擇,機器人或工件的運動裝置可使機器人有更多的自由度和更好的可達性，加大了機器人的有效工作范圍，方便了編程。以下介紹幾種典型的弧焊機器人運動裝置,2.5.1滑軌,如圖, 滑軌是一種由電機驅(qū)動的滑座在軌道上直線移動的機械裝置，用碼盤反饋的閉環(huán)控制方法可使滑座能在軌道的任意位置精確定位?；壱部梢杂脷飧昨?qū)動，但移動的距離比較短，只能有級定位在少數(shù)幾個位置上，精度也較差。滑軌多用于機器人的移位，特別是工件較長或較寬，機器人的工作范圍達不到的情況，滑軌是一種很好的解決方案。對較寬的工件，可以將兩個滑軌相交組成十字交叉的形狀，以擴大機器人在XY兩個方向的工作空間。滑軌有時也用來移動工件，但這種應用情況比較少。,2.5-1 機器人滑軌,2.5.2 龍門機架,龍門機架是用來把機器人倒掛安裝在其機架上的，并增加機器人在x軸(左右)、y軸(前后)、z軸(上下)方向的移動裕度。圖7.3-16a、b分別為具有1個軸和3個軸的龍門機架。實際應用時應根據(jù)需要選擇1個、2個或3個軸的龍門機架。龍門機架上3個軸都是由電機通過減速機和齒輪齒條驅(qū)動的，龍門機架具有和機器人基本一致的重復定位精度(0.10.2mm)。龍門機架的軸可以由它自己的控制柜單獨控制，也可以由機器人的控制柜統(tǒng)一控制實現(xiàn)與機器人的協(xié)調(diào)運動。近來在國外的造船廠安裝的大型焊接機器人工作站，其龍門機架還能沿軌道移動并精確定位(共4個軸)以擴大焊接機器人的工作范圍，用于焊接船體的平面分段部件的縱橫桁板。,2.5-2龍門機架,1軸龍門機架 b 3軸龍門機架,2.6 弧焊機器人工作站其他輔助裝置,2.6.1 焊槍噴嘴的清理裝置 一般CO2（MAG）焊有教大的飛濺，飛濺將逐 部粘在焊槍的噴嘴和導電嘴上，即影響氣體保護效 果，也影響送絲的穩(wěn)定性。因此，可根據(jù)飛濺的大 小情況，每焊若干個工件后就得對噴嘴和導電嘴進 行一次清理?；『笝C器人系統(tǒng)最好都要配備自動噴 嘴清