_焊接機(jī)器人示教

1、.第二章 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人最早只在點(diǎn)焊中得到應(yīng)用，80年初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，弧焊機(jī)器人逐漸得到普及，特別是近十幾年來由于世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場的激烈競爭使那些用于中、大批量生產(chǎn)的焊接自動(dòng)化專機(jī)已不能適應(yīng)小規(guī)模、多品種的生產(chǎn)模式逐漸被具有柔性的焊接機(jī)器人代替，焊接機(jī)器人得到了巨大的發(fā)展，焊接已成為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最大的領(lǐng)域之一，焊接機(jī)器人在汽車、摩托車、工程機(jī)械等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。目前世界擁有的80余萬臺工業(yè)機(jī)器人中，用于焊接的機(jī)器人可達(dá)40%以上。21適用于機(jī)器人的焊接方法 熔化極： l CO2氣體保護(hù)焊 l 熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG） l 熔化極惰性氣體

2、保護(hù)焊（MIG） 非熔化極： l鎢極惰性氣體保護(hù)焊 l等離子弧焊接與切割 l激光焊接與切割 釬焊火焰切割點(diǎn)焊在上面的焊接方法中，90%以上的機(jī)器人用于熔化極氣體保護(hù)焊和點(diǎn)焊，進(jìn)年來隨著激光焊接與切割設(shè)備價(jià)格的降低，機(jī)器人在激光焊接與切割領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量在逐年增加。2.1 機(jī)器人焊接的特點(diǎn)2.1.1優(yōu)點(diǎn)A. 自動(dòng)焊接(1) 焊槍不會(huì)振動(dòng)，焊接速度不會(huì)改變，能得到均勻、漂亮的焊縫。(2) 操作人員能遠(yuǎn)離噪音或高溫區(qū)進(jìn)行行業(yè)。(3) 由于焊接條件是恒定的，所以能提高焊接質(zhì)量。B. 焊接條件具有重復(fù)性(1) 不管什么時(shí)候，誰來作業(yè)或在什么地方都能焊接成相同的產(chǎn)品。(2) 在機(jī)器人上編制焊接工人所掌握的焊

3、接條件之后，即便是新手也能進(jìn)行高質(zhì)量的焊接。(3) 能重復(fù)使用曾經(jīng)用過的焊接條件，(而在半自動(dòng)焊接時(shí),由于經(jīng)常要調(diào)整遙控盒上的旋鈕，所以缺乏重復(fù)性)。C. 降低生產(chǎn)成本(1) 能縮短生產(chǎn)節(jié)拍，所以能提高產(chǎn)量。(2) 使用臨時(shí)工就能完成焊接作業(yè)，所以減少了人工費(fèi)用。(3) 不浪費(fèi)焊接材料，能節(jié)約消耗品。D. 使用機(jī)器人帶來的效益(1) 生產(chǎn)節(jié)拍明確，容易進(jìn)行生產(chǎn)管理。(2) 能實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行,機(jī)器人不會(huì)發(fā)牢騷。(3) 能提高企業(yè)的形象。32機(jī)器人焊接的特點(diǎn) 機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的、具有高度柔性的可編程自動(dòng)化裝置，因此利用機(jī)器人焊接具有以下特點(diǎn)： （1）機(jī)器人能適應(yīng)產(chǎn)品多樣化，有柔性，在一條生產(chǎn)線上

4、可以混流生產(chǎn)若干種類型產(chǎn)品。同時(shí)對于生產(chǎn)量的變動(dòng)和型號的更改，能迅速的改進(jìn)生產(chǎn)線的編組更替，這是專用的自動(dòng)化生產(chǎn)線不能比擬的，能發(fā)揮投資的長期效果。 （2）使用機(jī)器人焊接，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。為了使焊接作業(yè)機(jī)器人化，需要改變裝配方法和加工工序，所以要提高諸如供給設(shè)備的零件、夾具、搬運(yùn)工具等的精度，這些關(guān)系到產(chǎn)品的精度和焊接質(zhì)量的提高，機(jī)器人化的結(jié)果，可得到穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)品。 （3）使用機(jī)器人焊接可提高生產(chǎn)率。機(jī)器人的作業(yè)效率，不隨作業(yè)者變動(dòng)，可以穩(wěn)定生產(chǎn)計(jì)劃，從而提高生產(chǎn)率。212機(jī)器人焊接時(shí)的主要注意事項(xiàng) A. 必須進(jìn)行示教作業(yè)(注1)· 在機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)焊接前，操作人員必須示教機(jī)器人

5、焊槍的軌跡和設(shè)定焊接條件等。· 由于必須示教，所以機(jī)器人不面向多品種少量生產(chǎn)的產(chǎn)品焊接(注2)B. 必須確保工件的精度(注3)· 機(jī)器人沒有眼睛，只能重復(fù)相同的動(dòng)作。· 機(jī)器人軌跡精度為±0.1mm，以此精度重復(fù)相同的動(dòng)作。· 焊接偏差大于焊絲半徑時(shí)，有可能焊接不好，所以工件精度應(yīng)保持在焊絲半徑之內(nèi)。C. 焊接條件的設(shè)定取決于示教作業(yè)人員的技術(shù)水平· 操作人員進(jìn)行示教時(shí)必須輸入焊接程序，焊槍姿態(tài)和角度，電流、電壓、速度等焊接條件。· 示教操作人員必須充分掌握焊接知識和焊接技巧。D. 必須充分注意安全· 機(jī)器人是一種

6、高速的運(yùn)動(dòng)設(shè)備，在其進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行時(shí)絕對不允許人靠近機(jī)器人(必須設(shè)置安全護(hù)欄)。· 操作人員必須接受勞動(dòng)安全方面的專門教育，否則不準(zhǔn)操作。22焊接機(jī)器人的性能要求221弧焊機(jī)器人的性能要求在弧焊作業(yè)中，要求焊槍跟蹤工件焊道運(yùn)動(dòng)，并不斷填充金屬形成焊縫，因此運(yùn)動(dòng)過程中速度的穩(wěn)定性和軌道精度是兩項(xiàng)重要的指標(biāo)。一般情況下，焊接速度可取550mm/s，軌道精度可取±0·20·5mm。由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質(zhì)量也有一定的影響，因此希望在根蹤焊道的同時(shí)，焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大，還有其它一些性能要求，如擺動(dòng)功能、焊接傳感器（起始點(diǎn)檢測、焊縫跟蹤）的接口功能、焊槍防碰功能

7、等。1 焊接規(guī)范的設(shè)定。起弧、收弧參數(shù)。2 擺動(dòng)功能。擺動(dòng)頻率、擺幅、擺動(dòng)類型的設(shè)定。3 焊接傳感器。起始點(diǎn)檢測、焊縫跟蹤傳感器的接口功能。4 焊槍防碰功能。當(dāng)焊槍受到不正常的阻力時(shí)，機(jī)器人停機(jī)，避免操作者和工具受到損壞。5 多層焊功能。應(yīng)用該功能可以在第一層焊接示教完成后，實(shí)現(xiàn)其余各層的自動(dòng)編程。6 再引弧功能。引弧失敗后，自動(dòng)重試。因此消除了焊接異常（引弧失敗）發(fā)生時(shí)引起的作業(yè)中斷，最大限度避免了因此而引起的全線停車。7 焊槍校正功能。焊槍與工件發(fā)生碰撞時(shí)，可通過簡單操作進(jìn)行校正。8 粘絲自動(dòng)解除功能。焊接終了時(shí)如果檢測出焊絲粘絲，則自動(dòng)再通電解除粘絲，因此不必手工剪斷焊絲。9 斷弧再啟動(dòng)

8、功能。出現(xiàn)斷弧時(shí)，機(jī)器人會(huì)按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此無須補(bǔ)焊作業(yè)。222點(diǎn)焊機(jī)器人的性能要求對于點(diǎn)焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度是一個(gè)重要指標(biāo)，要求能夠快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位（例如每0.3-0.4秒移動(dòng)30-50mm節(jié)距后定位）;為確保焊接質(zhì)量，定位精度要求較高（一般為±0·25mm）;并具有較大的持重（50100Kg），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗。23機(jī)器人選擇方法1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型的確定機(jī)器人類型的選擇主要取決于機(jī)器人的目標(biāo)作業(yè)類型，如汽車底盤的點(diǎn)焊用四自由度的點(diǎn)焊機(jī)器人就夠了，復(fù)雜工件的焊接一般需要六自由度機(jī)器人。2手腕的容許載荷選擇機(jī)器人時(shí)首先要考慮機(jī)器人的最大承載能

9、力，如對于OTC公司生產(chǎn)的DR-4000機(jī)器人其最大承載能力為6公斤，如下圖表示。當(dāng)安裝標(biāo)準(zhǔn)焊槍時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何問題，但當(dāng)用于搬運(yùn)或其它類似的目的時(shí)，還應(yīng)保證各腕部軸所承受的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滿足手冊中規(guī)定的要求。3動(dòng)作范圍的確定機(jī)器人的種類確定后，還要檢查其動(dòng)作范圍是否滿足作業(yè)的要求。機(jī)器人的動(dòng)作范圍一般指腕部軸的回轉(zhuǎn)中心（P點(diǎn)）的動(dòng)作范圍。如圖所示DR-4000機(jī)器人的動(dòng)作范圍。在實(shí)際作業(yè)時(shí)由于裝有焊接工具，其作業(yè)范圍將發(fā)生變化，因而需要進(jìn)一步對其作業(yè)范圍進(jìn)行確認(rèn)。使用焊接機(jī)器人應(yīng)注意的幾個(gè)問題24如何導(dǎo)入焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合。國內(nèi)在引用焊接機(jī)

10、器人應(yīng)用工程方面走過了一段曲折的道路，機(jī)器人的運(yùn)行情況不盡人意，分析其原因主要存在以下問題：1機(jī)器人及周邊設(shè)備選型不合理，系統(tǒng)配置不全或不當(dāng)。2對國內(nèi)人員的培訓(xùn)沒有跟上，沒有完全掌握設(shè)備的性能和使用方法。3缺乏足夠的售前、售中技術(shù)支持和良好的售后服務(wù)。4機(jī)器人操作、維護(hù)人員不能相對固定或人員流失。5國外系統(tǒng)不適合國內(nèi)工藝現(xiàn)狀。1明確導(dǎo)入機(jī)器人的目的： 1技術(shù)工人和熟練工人不足 2使工人從危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中解脫出來（高溫、搬送重物等） 3提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量 4提高勞動(dòng)生產(chǎn)率（省人、省力） 5其他（生產(chǎn)管理的要求，提高企業(yè)形象等）。 機(jī)器人導(dǎo)入目的的不同，機(jī)器人的選擇、機(jī)器人化的實(shí)現(xiàn)范圍以及經(jīng)濟(jì)的評價(jià)

11、（投資額）亦不同。 選擇焊接工件： 1機(jī)器人適于的工件：多品種、中等批量。 2高質(zhì)量的工件，工件的一致性誤差控制在一定范圍，因此首先應(yīng)從技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)的對象進(jìn)行，然后分步逐步解決。 確定方案 項(xiàng)目承攬方在對用戶原有生產(chǎn)線充分考察的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶提出的要求及工件的特點(diǎn)，提出初步方案（一般兩、三種），并與用戶充分討論，確定最終方案。 討論的內(nèi)容包括： 1工件的分析，包括：材料、結(jié)構(gòu)、圖紙、實(shí)物、技術(shù)要求分析。 2前道工序的質(zhì)量確認(rèn)及分析 3工藝條件及工藝參數(shù)初步分析 4工藝路線劃分確定 5焊接節(jié)拍和生產(chǎn)節(jié)拍分析 6機(jī)器人選型和系統(tǒng)配置 7周邊設(shè)備及夾具方案確定 8設(shè)備布局與物流 9經(jīng)濟(jì)評估 10

12、方案評價(jià)（是否符合綜合性的省力、自動(dòng)化的方向，是否符合規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化的方針，是否適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求，安全性可維護(hù)性等） 工程設(shè)計(jì) 項(xiàng)目承攬方對確定的方案進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的配置選型，周邊裝置、夾具設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，焊接工藝的制定等，在該過程中雙方互相勾通，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。工程實(shí)施機(jī)器人、周邊設(shè)備及其配套設(shè)施的安裝、調(diào)試運(yùn)行，以及組織管理和人員培訓(xùn)。 后期維護(hù)是致關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是用戶最關(guān)心的，如果后期維護(hù)跟不上，將影響整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行。目前國內(nèi)機(jī)器人工程使用效果不好，這也是一個(gè)主要原因。主要在于：1國外直接供貨的設(shè)備服務(wù)跟不上，不論是售后服務(wù)的及時(shí)性，服務(wù)的質(zhì)量，解決問題

13、的徹底性都比較差。2國內(nèi)代理的短期行為，只管自己掙錢，不考慮用戶使用的好壞。3培訓(xùn)人員由于語言的障礙，技術(shù)難度的障礙，沒有真正掌握設(shè)備的特性。4培訓(xùn)人員的流失或責(zé)任心不強(qiáng)。沈陽自動(dòng)化研究所做為機(jī)器人技術(shù)國家研究中心，做為日本OTC公司、安川電機(jī)和德國reis公司的技術(shù)服務(wù)中心，在承擔(dān)機(jī)器人應(yīng)用工程時(shí)，采取如下措施：1建立專門的生產(chǎn)服務(wù)負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)到底，直到用戶滿意。2國外進(jìn)口設(shè)備建立備品、備件庫以保證系統(tǒng)維護(hù)的及時(shí)性。3國內(nèi)任何地區(qū)承諾48小時(shí)到現(xiàn)場。4用戶人員無限期培訓(xùn)，直到會(huì)用為止。5實(shí)行有效期保修服務(wù)6長期服務(wù) 在質(zhì)量第一，用戶至上，精心設(shè)計(jì)制造，保持一流水平的我所質(zhì)量方針的指導(dǎo)下，沈陽

14、自動(dòng)化研究所機(jī)器人工程部將竭誠為廣大用戶服務(wù)，與廣大用戶一起推動(dòng)我國機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。各種焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成及周邊裝置焊接機(jī)器人的周邊裝置主要包括焊接變位機(jī)、移動(dòng)滑臺、回轉(zhuǎn)工作臺、焊槍清理裝置等。 m焊接變位機(jī) 焊接變位機(jī)是通過傾斜和回轉(zhuǎn)動(dòng)作，將工件置于便于實(shí)施焊接作業(yè)位置的機(jī)械或機(jī)器。焊接變位機(jī)與機(jī)器人連用可縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善焊接質(zhì)量。焊接變位機(jī)在機(jī)器人焊接作業(yè)中是不可缺少的周邊設(shè)備，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要焊接變位機(jī)可以有多種形式。從驅(qū)動(dòng)方式來看，有普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、普通交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及可以與機(jī)器人同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的交流伺服驅(qū)動(dòng)。 m移動(dòng)滑臺 移動(dòng)滑臺也是焊接機(jī)器人的一個(gè)重要的周

15、邊裝置，其主要用途是安置機(jī)器人或焊絲支架，特別是在焊接大型工件時(shí)，移動(dòng)滑臺加大了機(jī)器人的工作范圍，移動(dòng)滑臺的形式主要有以下幾種。 m焊槍清理裝置焊槍清理裝置主要包括剪絲、沾油、清渣以及噴嘴外表面的打磨裝置。剪絲裝置主要用于用焊絲進(jìn)行起始點(diǎn)檢出的場合，以保證焊絲的干伸長度一定，提高檢出的精度；沾油是為了使噴嘴表面的飛濺易于清理；清渣是清除噴嘴內(nèi)表面的飛濺，以保證保護(hù)氣體的通暢；噴嘴外表面的打磨裝置主要是清除外表面的飛濺。m自動(dòng)換槍裝置用于不同填充材料的自動(dòng)焊接。34焊接機(jī)器人的主要性能指標(biāo) 焊接機(jī)器人的主要性能指標(biāo)以日本安川電機(jī)公司生產(chǎn)的Motoman-L10為例表示如下： 名稱與型號 Moto

16、man-L10 主要用途 弧焊 類別 示教再現(xiàn)型 坐標(biāo)型式 多關(guān)節(jié)式 自由度數(shù) 5個(gè) 抓重 最大10（包括夾鉗） 動(dòng)作范圍與速度 運(yùn)動(dòng)參數(shù)列表如下：表3-1 Motoman-L10運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)自由度動(dòng)作范圍速度整機(jī)擺動(dòng)240°90°/s上臂俯仰+20°-40°1100mm/s上臂前后±40°800mm/s手腕彎曲180°100°/s手腕旋轉(zhuǎn)360°150°/s 定位方式 選用增量編碼器作為位置檢測元件 控制方式 重復(fù)式數(shù)字位置控制方式，可精確控制運(yùn)動(dòng)軌跡 重復(fù)定位精度 ±0.2mm;

17、驅(qū)動(dòng)方式 電伺服 采用交流測速發(fā)電機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)的速度檢測元件，實(shí)現(xiàn)速度反饋，并引進(jìn)力矩反饋； 驅(qū)動(dòng)源 DC伺服電動(dòng)機(jī) 程序控制和存儲方式 采用8位微處理Intel8080用半導(dǎo)體存儲器作為主存（盒式磁帶補(bǔ)充主存容量之不足）程序步數(shù)：1000步指令條數(shù)：600條 輪廓尺寸 如圖所示圖3-3 Motoman-L10外形尺寸與動(dòng)作范圍 重量 本體400 控制部分350 外部同步信號 輸入22點(diǎn) 輸出21點(diǎn) 電源 AC220/220V（+10%，-15%），50/60HZ±1HZ， 三相5KVA2.4焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)器人要完成作業(yè)，必須依賴于控制系統(tǒng)與輔助設(shè)備的支持和配合。完整的焊

18、接機(jī)器人系統(tǒng)一般有如下幾部分組成：機(jī)器人操作機(jī)、變位機(jī)、控制器、焊接系統(tǒng)（專用焊接電源、焊槍和焊鉗等）、焊接傳感器、中央控制計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的安全設(shè)備等，如圖所示。根據(jù)用途，將工業(yè)機(jī)器人配置不同的焊接系統(tǒng)，將組成不同的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，各種不同的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成如下表所示。（1） 弧焊機(jī)器人 由于弧焊工藝早已在諸多行業(yè)中得到普及，弧焊機(jī)器人在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。弧焊機(jī)器人是包括電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng)，而性能有特殊的要求。在弧焊作業(yè)中，焊槍應(yīng)跟蹤工件的焊道運(yùn)動(dòng)，并不斷填充金屬形成焊縫。因此運(yùn)動(dòng)過程中的速度穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項(xiàng)重要指標(biāo)。一般情況下，焊接速度

19、約為550/s，軌跡精度約為±（0.20.5）。由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質(zhì)量有一定的影響，因此希望在跟蹤焊道的同時(shí)，焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大，其一些基本性能要求如下所示： 設(shè)定焊接條件（電流、電壓、速度等）； 擺動(dòng)功能； 坡口填充功能； 焊接異常功能檢測； 焊接傳感器（起始點(diǎn)檢測、焊道跟蹤）的接口功能。（2）點(diǎn)焊機(jī)器人 汽車工業(yè)是點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)一個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域，在裝配每臺汽車車體時(shí)，大約60%的焊點(diǎn)是由機(jī)器人完成。最初，點(diǎn)焊機(jī)器人只用于增強(qiáng)焊作業(yè)（往已拼接好的工件上增加焊點(diǎn)），后來為了保證拼接精度，又讓機(jī)器人完成定位焊作業(yè)性能，具體來說有： 安裝面積小，工作空間大； 快速完成小節(jié)距的多

20、點(diǎn)定位（例如每0.30.4s移動(dòng) 3050節(jié)距后定位）； 定位精度高（±0.25），以確保焊接質(zhì)量； 持重大（50100），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗； 內(nèi)存容量大，示教簡單，節(jié)省工時(shí)； 點(diǎn)焊速度已生產(chǎn)線相匹配，同時(shí)按全可靠性好。 33焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成圖2-1焊接機(jī)器人系統(tǒng)原理圖 機(jī)器人操作機(jī)時(shí)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器（編碼盤）等組成。它的任務(wù)是精確的保證末端操作器所要求的位置、姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。根據(jù)定義，工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)從結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有三個(gè)以上的可自由編程的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可見其分為主要關(guān)節(jié)和次要關(guān)節(jié)兩個(gè)層次，不同數(shù)目和層次關(guān)節(jié)組合決定

21、了相應(yīng)的機(jī)器人工作空間。由于具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的鉸接開鏈?zhǔn)綑C(jī)器人操作機(jī)從運(yùn)動(dòng)學(xué)上已被證明能以最小的結(jié)構(gòu)尺寸為代價(jià)獲取做大的工作空間，并且能以較高的位置精度和最優(yōu)的路徑達(dá)到指定位置，因而這種類型的機(jī)器人操作機(jī)在焊接領(lǐng)域得到廣泛地運(yùn)用。 變位機(jī)作為機(jī)器人焊接生產(chǎn)線及焊接柔性加工單元的重要組成部分，其作用是將被焊工件旋轉(zhuǎn)（平移）到最佳的焊接位置。在焊接作業(yè)前和焊接過程中，變位機(jī)通過夾具來裝卡和定位被焊工件，對工件的不同要求決定了變位機(jī)的負(fù)載能力及其運(yùn)動(dòng)方式。為了使機(jī)器人操作機(jī)充分發(fā)揮效能，焊接機(jī)器人系統(tǒng)通常采用兩臺變位機(jī)，當(dāng)其中的一臺上進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，另一臺則完成工件的上裝和卸載，從而使整個(gè)系統(tǒng)獲得最

22、高的費(fèi)用效能比。機(jī)器人控制器是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它由計(jì)算機(jī)軟件、硬件和一些專用電路構(gòu)成，其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)軟件、機(jī)器人控制軟件、機(jī)器人自診斷及自保護(hù)軟件等?？刂破髫?fù)責(zé)處理焊接機(jī)器人工作過程中的全部信息和控制其全部動(dòng)作。所有現(xiàn)代機(jī)器人的控制器都是基于多處理器，根據(jù)操作系統(tǒng)的指令，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)對不同組件的驅(qū)動(dòng)及協(xié)調(diào)控制。典型的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。焊接系統(tǒng)是焊接機(jī)器人完成作業(yè)的核心裝備，其主要由焊鉗（點(diǎn)焊機(jī)器人）、焊槍（弧焊機(jī)器人）、焊接控制器及水、電、氣等輔助部分組成。焊接控制器是由微處理器及部分外圍接口芯片組成的控制系統(tǒng)，它可根據(jù)預(yù)定的焊

23、接監(jiān)控程序，完成焊接參數(shù)輸入、焊接程序控制及焊接系統(tǒng)的故障自診斷，并實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)及手控盒的通訊聯(lián)系。用于弧焊機(jī)器人的焊接電源及送絲設(shè)備由于參數(shù)選擇的需要，必須由機(jī)器人控制器直接控制，電源在其功率和接通時(shí)間上必須與自動(dòng)過程相符。圖3-2焊接機(jī)器人控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖在焊接過程中，盡管機(jī)器人操作機(jī)、變位機(jī)、裝卡設(shè)備和工具能達(dá)到很高的精度，但由于存在被焊工件幾何尺寸和位置誤差，以及焊接過程中熱輸入能引起工件的變形，傳感器仍使焊接過程中（尤其是焊接大厚工件時(shí)）不可缺少的設(shè)備。傳感器的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)工件坡口的定位、跟蹤以及焊縫熔透信息的獲取。中央控制計(jì)算機(jī)在工業(yè)機(jī)器人向系統(tǒng)化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展過程中

24、發(fā)揮著重要的作用。通過串行接口與機(jī)器人控制器相連接，中央控制計(jì)算機(jī)主要用于在統(tǒng)一層次和不同層次的計(jì)算機(jī)形成網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)以傳感系統(tǒng)相配合，實(shí)現(xiàn)焊接路徑和參數(shù)的離線編程、焊接專家系統(tǒng)的應(yīng)用及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理。安全設(shè)備是焊接機(jī)器人系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障，其主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過熱自斷電保護(hù)、動(dòng)作超限位自斷電保護(hù)、超速自斷電保護(hù)、機(jī)器人系統(tǒng)工作空間干涉自斷電保護(hù)及人工急停斷電保護(hù)等等，他們起到防止機(jī)器人傷人或周邊設(shè)備的作用。在機(jī)器人的工作部還裝有各類觸覺和接近傳感器，可以使機(jī)器人在過分接近工件或發(fā)生碰撞時(shí)停止工作。 第三章 焊接機(jī)器人的示教編程機(jī)器人是怎樣運(yùn)動(dòng)的？焊接機(jī)器人是如何工作的？操作機(jī)器人進(jìn)行焊接需要

25、掌握哪些焊接知識呢？通過本章的學(xué)習(xí)，你基本上可以使用機(jī)器人來進(jìn)行焊接了。 用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指令，規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該完成的動(dòng)作和作業(yè)的具體內(nèi)容，這個(gè)指示過程稱之為對機(jī)器人的示教（teaching），或者稱之為對機(jī)器人的編程（programming）。對機(jī)器人的示教內(nèi)容通常存儲在機(jī)器人的控制裝置內(nèi)，通過存儲內(nèi)容的再現(xiàn)（playback），機(jī)器人就能實(shí)現(xiàn)人們所要求的動(dòng)作和要求人們賦予的作業(yè)內(nèi)容。機(jī)器人的示教方式有多種形式，但目前使用最多的仍然是示教再現(xiàn)方式。雖然示教再現(xiàn)方式機(jī)器人有占用機(jī)時(shí)、效率低等諸多缺點(diǎn)，人們試圖在傳感器的基礎(chǔ)上使機(jī)器人智能化，目的是取消示教，但在復(fù)雜的

26、生產(chǎn)現(xiàn)場和作業(yè)可靠性等方面到處碰壁，難以實(shí)現(xiàn)，因此目前人們?nèi)匀幻撾x不了示教再現(xiàn)方式的狀態(tài)。 示教內(nèi)容主要由兩部分組成，一是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的示教，二是機(jī)器人作業(yè)條件的示教。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的示教主要是對為了完成某一作業(yè)，焊絲端部所要運(yùn)動(dòng)的軌跡，包括運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)速度的示教。機(jī)器人作業(yè)條件的示教主要是為了獲得好的焊接質(zhì)量，對焊接條件進(jìn)行示教，包括被焊金屬的材質(zhì)、板厚、對應(yīng)焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數(shù)、焊接電源的控制方法等。 目前機(jī)器人語言還不是通用型語言，各機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己的機(jī)器人語言，給用戶使用帶來了很大的不便，但各種機(jī)器人所具有的功能卻基本相同，因此只要熟悉和掌握了一種機(jī)器人的示教方法，對于

27、其它種類的機(jī)器人就會(huì)很容易學(xué)會(huì)。3.1機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸及坐標(biāo)系 機(jī)器人是由運(yùn)動(dòng)軸和連桿組成的，而其運(yùn)動(dòng)方式是在不同的坐標(biāo)系下進(jìn)行的，為了掌握機(jī)器人的示教方法，應(yīng)首先了解機(jī)器人的坐標(biāo)系及各運(yùn)動(dòng)軸在不同坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)。3.1.1機(jī)器人各軸的名稱機(jī)器人系統(tǒng)中，除了機(jī)器人本身外還包括一些周邊設(shè)備，如變位機(jī)、移動(dòng)滑臺等。將運(yùn)動(dòng)軸按其功能劃分為：機(jī)器人本體軸、基座軸和工作臺軸。基座軸和工作臺軸統(tǒng)稱為外部軸，如圖2.11所示。機(jī)器人本體軸屬于機(jī)器人本身，基座軸是使機(jī)器人移動(dòng)的軸的總稱，主要為移動(dòng)滑臺。工作臺軸是除機(jī)器人軸、基座軸以外的軸的總稱，如變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)等。圖2.11 機(jī)器人各軸的名稱3.1.2坐標(biāo)系分

28、類及各軸的運(yùn)動(dòng) 在大部分商用機(jī)器人系統(tǒng)中，坐標(biāo)系一般分五類：關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、絕對坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）、工具坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是根據(jù)不同的作業(yè)軌跡的要求，在這五種坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)。3.1.2.1關(guān)節(jié)坐標(biāo)系機(jī)器人是有多個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成的，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)，就是機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng), 如圖2.12所示。對大范圍運(yùn)動(dòng)，且不要求機(jī)器人末端姿態(tài)的，則選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系。對外部軸來說，只有關(guān)節(jié)坐標(biāo)系可選。在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下，每個(gè)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方式如下：軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸S軸X+ 1 X-S軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)L軸Y+ 2 Y-L軸前后轉(zhuǎn)動(dòng)U軸Z+ 3 Z-U上下轉(zhuǎn)動(dòng)腕運(yùn)動(dòng)軸R軸RX+

29、 4 RX-R軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)B軸RY+ 5 RY-B軸前后轉(zhuǎn)動(dòng)T軸RZ+ 6 RZ-T軸上下轉(zhuǎn)動(dòng)圖2.12 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)3.1.2.3絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系的原點(diǎn)定義為機(jī)器人的安裝面和第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的交點(diǎn)。X軸向前，Z軸向上，Y軸按右手規(guī)則定義。在絕對坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）中，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)指機(jī)器人末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，在未裝工具時(shí)，機(jī)器人的末端點(diǎn)指六軸法蘭盤的中心點(diǎn)，在安裝工具后，機(jī)器人的末端點(diǎn)指的是焊鉗開口的中心點(diǎn)或焊槍的槍尖。在絕對坐標(biāo)系下，機(jī)器人末端軌跡沿定義的X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式如圖2.13所示。軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸S軸X+ 1 X-沿X軸方向運(yùn)動(dòng)L軸Y+ 2 Y-沿Y軸方向

30、運(yùn)動(dòng)U軸Z+ 3 Z-沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)腕運(yùn)動(dòng)軸R軸RX+ 4 RX-末端點(diǎn)位置不變，姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)B軸RY+ 5 RY-T軸RZ+ 6 RZ-圖2.13 絕對坐標(biāo)系及各軸的運(yùn)動(dòng)3.1.2.3圓柱坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系的原點(diǎn)與絕對坐標(biāo)系的相同，Z軸向上，é軸方向?yàn)楸倔wS軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向，r軸平行于本體L軸, 如圖2.14所示。軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸é軸X+ 1 X-繞S軸轉(zhuǎn)動(dòng)r軸Y+ 2 Y-垂直Z軸運(yùn)動(dòng)U軸Z+ 3 Z-沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)腕運(yùn)動(dòng)軸R軸RX+ 4 RX-末端點(diǎn)位置不變，姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)B軸RY+ 5 RY-T軸RZ+ 6 RZ-圖2.14 圓柱坐標(biāo)系

31、及各軸的運(yùn)動(dòng)3.1.2.4工具坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系定義在工具尖，并且假定工具的有效方向?yàn)閆軸，X軸垂直于工具平面，Y軸由右手規(guī)則產(chǎn)生，如圖2.15所示。在工具坐標(biāo)系中，機(jī)器人末端軌跡沿工具坐標(biāo)的X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式如下：軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸六軸聯(lián)動(dòng)沿X軸方向運(yùn)動(dòng)沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)腕運(yùn)動(dòng)軸末端點(diǎn)位置不變，姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)圖2.15 工具坐標(biāo)系及各軸的運(yùn)動(dòng)3.1.2.5用戶坐標(biāo)系用戶坐標(biāo)系是用戶根據(jù)工作方便的需要，自行定義的坐標(biāo)系，用戶可根據(jù)需要定義多個(gè)坐標(biāo)系, 如圖2.16所示。在用戶坐標(biāo)系下，機(jī)器人末端軌跡沿用戶自己定義的坐標(biāo)軸方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式如下

32、：軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸六軸聯(lián)動(dòng)沿用戶定義的X軸方向運(yùn)動(dòng)沿用戶定義的Y軸方向運(yùn)動(dòng)沿用戶定義的Z軸方向運(yùn)動(dòng)腕運(yùn)動(dòng)軸末端點(diǎn)位置不變，姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)圖2.16 用戶坐標(biāo)系及各軸的運(yùn)動(dòng)3.1.2.6TCP（工具控制點(diǎn)）固定功能除了關(guān)節(jié)坐標(biāo)系外，在其它坐標(biāo)系下都有TCP固定功能，即在工具控制點(diǎn)位置保持不變的情況下，只改變工具的方向（姿態(tài)）如圖2.17所示。在TCP固定功能下各軸的運(yùn)動(dòng)如下:軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動(dòng)方式主運(yùn)動(dòng)軸X+ 1 X-TCP平移運(yùn)動(dòng)方向取決于坐標(biāo)系Y+ 2 Y-Z+ 3 Z-腕運(yùn)動(dòng)軸RX+ 4 RX-末端點(diǎn)位置不變，姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)RY+ 5 RY-RZ+ 6 R

33、Z-在不同坐標(biāo)系下腕運(yùn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是不同的。圖2.18、2.19、2.20分別為直角/圓柱坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸的方向。圖2.17 TCP固定功能示意圖圖2.18 笛卡兒/圓柱坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸圖2.19 工具坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸圖2.20 用戶坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸3.1.3機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)類型和速度運(yùn)動(dòng)類型決定機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)各步之間的運(yùn)動(dòng)路徑，再現(xiàn)速度是機(jī)器人末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率，通常每一步的位置數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)類型和速度記錄在一起。3.1.3.1點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)類型點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)類型通常用于機(jī)器人向下一步運(yùn)動(dòng)不需要特定路徑的場合。為了安全，示教第一步一般用點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)類型。點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)類型的速

34、度用最大速度的百分比來表示。3.1.3.2直線運(yùn)動(dòng)類型示教直線運(yùn)動(dòng)類型時(shí)，機(jī)器人沿直線運(yùn)動(dòng)到該示教點(diǎn)。直線運(yùn)動(dòng)類型一般用于作業(yè)路徑的示教，或?yàn)榉乐古c周邊設(shè)備的干涉，在周邊設(shè)備內(nèi)部也采用祖先運(yùn)動(dòng)類型。直線運(yùn)動(dòng)類型的速度一般表示為cm/min或mm/sec。3.1.3.3圓弧運(yùn)動(dòng)類型單個(gè)圓弧運(yùn)動(dòng)類型的示教一般需要三點(diǎn)，如圖2.21所示的P1、P2、P3點(diǎn)。當(dāng)需要連續(xù)多個(gè)圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩段圓弧運(yùn)動(dòng)必須由一個(gè)關(guān)節(jié)或直線運(yùn)動(dòng)點(diǎn)隔開，且第一段圓弧的終點(diǎn)和第二段圓弧的起點(diǎn)重合，如圖2.22所示的P4點(diǎn)既為重合點(diǎn)。圖2.21 單個(gè)圓弧運(yùn)動(dòng)的示教圖2.22 連續(xù)多個(gè)圓弧運(yùn)動(dòng)的示教3.6焊接機(jī)器人的示教與編程 用機(jī)

35、器人代替人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指令，規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該完成的動(dòng)作和作業(yè)的具體內(nèi)容，這個(gè)指示過程稱之為對機(jī)器人的示教（teaching），或者稱之為對機(jī)器人的編程（programming）。對機(jī)器人的示教內(nèi)容通常存儲在機(jī)器人的控制裝置內(nèi)，通過存儲內(nèi)容的再現(xiàn)（playback），機(jī)器人就能實(shí)現(xiàn)人們所要求的動(dòng)作和要求人們賦予的作業(yè)內(nèi)容。對機(jī)器人進(jìn)行示教分直接示教和間接示教兩種主要方法，圖2.23對各種示教方法進(jìn)行了歸納，圖2.24為各種示教方法的形象示意圖。圖2.23 工業(yè)機(jī)器人的示教方法圖2.24 機(jī)器人示教方法的形象示意圖 由于示教再現(xiàn)方式機(jī)器人有占用機(jī)時(shí)、效率低等諸多缺點(diǎn)，人們試圖在傳

36、感器的基礎(chǔ)上使機(jī)器人智能化，目的是取消示教，但在復(fù)雜的生產(chǎn)現(xiàn)場和作業(yè)可靠性等方面到處碰壁，難以實(shí)現(xiàn)，因此目前人們?nèi)匀幻撾x不了示教再現(xiàn)方式的狀態(tài)。目前機(jī)器人語言還不是通用型語言，各機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己的機(jī)器人語言，給用戶使用帶來了很大的不便，但各種機(jī)器人所具有的功能卻基本相同，因此只要熟悉和掌握了一種機(jī)器人的示教方法，對于其它種類的機(jī)器人就會(huì)很容易學(xué)會(huì)。下面以日本DAIHEN公司生產(chǎn)的OTC機(jī)器人為例，來說明焊接機(jī)器人的示教過程。2.6.1示教內(nèi)容圖2.25表示機(jī)器人控制器和用于示教的示教盒。示教盒由液晶屏幕和進(jìn)行各種操作、輸入條件等按鈕組成。圖2.25機(jī)器人的控制器及示教盒示教內(nèi)容主要由兩部分

37、組成，一是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的示教，二是機(jī)器人作業(yè)條件的示教。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的示教主要是對為了完成某一作業(yè)，焊絲端部所要運(yùn)動(dòng)的軌跡，包括運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)速度的示教。機(jī)器人作業(yè)條件的示教主要是為了獲得好的焊接質(zhì)量，對焊接條件進(jìn)行示教，包括被焊金屬的材質(zhì)、板厚、對應(yīng)焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數(shù)、焊接電源的控制方法等。圖2.26表示機(jī)器人的語言，在示教方式中，利用軸操作按鈕實(shí)際地引導(dǎo)機(jī)器人，進(jìn)行位置的登錄工作，輸入機(jī)器人的位置信息、焊接條件等，利用機(jī)器人語言編制程序。圖2.26 機(jī)器人語言2.6.2示教舉例下面以一個(gè)簡單的例子來描述一下弧焊作業(yè)的基本示教過程。圖2.27 焊接操作舉例如圖2.27所示，焊接

38、從位置3開始到位置4為直線焊縫，位置4到位置5再到位置6為圓弧焊縫，位置6焊接結(jié)束。示教過程如下：（1）輸入文件名（2）操作機(jī)器人到位置1，示教定位指令“P”和運(yùn)動(dòng)速度。（3）操作機(jī)器人到位置2，示教定位指令（或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令）“P”和運(yùn)動(dòng)速度。（4）操作機(jī)器人到位置3，示教定位指令（或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令）“P”和運(yùn)動(dòng)速度，輸入焊接開始指令“AS”。焊接條件包括焊接電流、焊接電壓和焊接速度。（5）操作機(jī)器人到位置4，由于直線插補(bǔ)指令已經(jīng)自動(dòng)選擇，只要用數(shù)字按鈕選擇塊操作時(shí)的速度即可。（6）操作機(jī)器人到位置5，這個(gè)位置是圓弧的中間點(diǎn)，示教圓弧插補(bǔ)指令“C”和運(yùn)動(dòng)速度。（7）操作機(jī)器人到位置6，這個(gè)位置是

39、圓弧的結(jié)束點(diǎn)，示教圓弧插補(bǔ)指令“C”和運(yùn)動(dòng)速度，輸入焊接結(jié)束指令“AE”。焊接結(jié)束條件包括焊接電流、電壓、填弧坑時(shí)間和滯后停氣時(shí)間。（8）操作機(jī)器人到位置7，示教定位指令（或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令）“P”和運(yùn)動(dòng)速度。（9）操作機(jī)器人到位置8，示教定位指令（或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指令）“P”和運(yùn)動(dòng)速度。（10）示教結(jié)束。按RESET鍵。2.6.3機(jī)器人示教存在的問題為了使機(jī)器人實(shí)際完成作業(yè)，除了在一定程度上了解作業(yè)技術(shù)外，還必須熟練掌握機(jī)器人。2.6.3.1動(dòng)作示教中存在的問題在示教方式中用示教盒操作機(jī)器人，把焊槍引導(dǎo)到所希望的位置上去，但存在以下各點(diǎn)使示教操作比較困難。 1.必須經(jīng)?？紤]坐標(biāo)系進(jìn)行示教，有時(shí)需要切換

40、多個(gè)坐標(biāo)系，這就難以操縱焊槍向既定的方向移動(dòng)。 2.為了調(diào)整機(jī)器人靠近工件的接近程度，必須切換不同的動(dòng)作速度。 3.機(jī)器人的動(dòng)作范圍是有限制的，為了防止碰撞工件，需要一定的操作技巧。 4.機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)系是一一對應(yīng)的，同時(shí)操縱兩根軸的運(yùn)動(dòng)方向是很困難的?？傊皇请S意就能對機(jī)器人進(jìn)行示教的，這就降低了示教效率，總擔(dān)心會(huì)碰到工件，使人操作起來感到緊張。此外，不同的生產(chǎn)工廠其操作鍵的配置也是不同的，給示教者容易帶來混亂。2.6.3.2條件示教的問題點(diǎn)示教者必須具有一定水平的焊接作業(yè)技巧，同時(shí)還要掌握用機(jī)器人進(jìn)行焊接的特點(diǎn)。例如必須掌握適用于工件的焊接速度、焊接電流、焊接電壓及焊槍姿態(tài)等，還

41、能從焊接結(jié)果反過來進(jìn)行條件的修訂。這些用機(jī)器人進(jìn)行焊接的技巧是焊接技術(shù)人員經(jīng)過長期的實(shí)踐積累下來的，如何對這些技術(shù)進(jìn)行繼承和共同使用是一個(gè)難題。2.6.3.3其他的問題點(diǎn)示教盒的問題在于鍵操作是個(gè)復(fù)雜的過程，很難一下子抓住操作系統(tǒng)的整體情況，摸索輸入情況和畫面顯示內(nèi)容需要一定時(shí)間，有時(shí)僅僅是輸入數(shù)據(jù)這一項(xiàng)就需要操作復(fù)雜的按鈕。此外，不熟悉計(jì)算機(jī)語言的人就不容易掌握使用字符的機(jī)器人語言，從而對其敬而遠(yuǎn)之。機(jī)器人程序中列舉的動(dòng)作命令過多，即使熟練的技術(shù)人員也很難一下子看懂其動(dòng)作內(nèi)容。為此，在進(jìn)行示教作業(yè)時(shí)必須頻繁地確認(rèn)作業(yè)，從而降低了作業(yè)人效率。2.7焊接機(jī)器人的協(xié)調(diào)（同步）及獨(dú)立（同時(shí)）控制2.

42、7.1協(xié)調(diào)（同步）及獨(dú)立（同時(shí)）控制的定義協(xié)調(diào)（同步）動(dòng)作控制的英文為Coordinated Control System或Synchromotion System，是指一個(gè)控制裝置和一個(gè)控制操作板可以同時(shí)控制多個(gè)裝置（機(jī)器人移動(dòng)滑臺、焊接變位機(jī)或焊接機(jī)器人等），以保證焊接過程中焊槍相對焊縫的速度和角度保持不變。獨(dú)立（同時(shí)）控制的英文為Independent Control System或Simultaneous Control System，獨(dú)立控制功能是針對協(xié)調(diào)控制而言的，是指兩臺或多臺機(jī)器人或工作站之間不相約束，各行其事的功能。在實(shí)際控制過程中，獨(dú)立控制與協(xié)調(diào)控制是融為一體的，可任意選擇

43、。如圖2.28所示，系統(tǒng)由一臺機(jī)器人和變位機(jī)A和B組成，當(dāng)機(jī)器人焊接變位機(jī)A上的工件時(shí)，機(jī)器人與變位機(jī)之間采用協(xié)調(diào)控制方式，變位機(jī)B則采用獨(dú)立控制。如圖2.29所示的雙機(jī)器人組成的無夾具焊接系統(tǒng)，當(dāng)焊接時(shí)采用協(xié)調(diào)控制方式，當(dāng)焊后進(jìn)行焊槍清理及工件裝夾時(shí)則采用獨(dú)立控制方式。圖2.28 多工作站協(xié)調(diào)/獨(dú)立控制系統(tǒng)圖2.29 雙機(jī)器人無夾具焊接系統(tǒng)2.7.2協(xié)調(diào)（同步）及獨(dú)立（同時(shí)）控制的形式1.單工作站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由一臺機(jī)器人控制器控制一臺機(jī)器人和一個(gè)轉(zhuǎn)胎，如圖2.30所示。圖2.30 單工作站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)圖2.31 雙機(jī)器人工作站協(xié)調(diào)焊接系統(tǒng)2.多工作站協(xié)調(diào)獨(dú)立控制系統(tǒng)”由一臺機(jī)器人和兩個(gè)以上的

44、轉(zhuǎn)胎組成，如圖2.28所示。3.無夾具焊接系統(tǒng)有一臺機(jī)器人控制器控制兩臺機(jī)器人，其中一臺機(jī)器人作為夾具來使用，如圖2.29所示。5. 雙機(jī)器人工作站協(xié)調(diào)焊接系統(tǒng)由一臺機(jī)器人控制器控制兩臺機(jī)器人和一個(gè)轉(zhuǎn)胎，如圖2.31所示。2.7.3協(xié)調(diào)控制的優(yōu)點(diǎn)一、提高焊接質(zhì)量1. 協(xié)調(diào)動(dòng)作控制能適應(yīng)焊接工件和焊接電極之間的協(xié)調(diào)配合運(yùn)動(dòng)，使焊槍與焊接表面之間的相對位置角和相對速度保持不變，且能使焊縫處于最佳的焊接位置，特別適于三維曲線焊縫的焊接。如圖2.32所示的管子相貫線的焊接，采用協(xié)調(diào)控制可使焊縫處于最佳的平焊位置。圖2.32 采用協(xié)調(diào)控制焊接管子相貫線圖2.33 長方形管子外表面焊縫的焊接2. 使轉(zhuǎn)角處

45、焊道不間斷地連續(xù)焊接, 如圖2.33所示的長方形管子的外表面焊縫的焊接。二、 提高生產(chǎn)率1. 協(xié)調(diào)動(dòng)作控制可以使工件在焊接過程中位置和姿態(tài)連續(xù)變動(dòng)，節(jié)省了普通焊接系統(tǒng)工件位置和姿態(tài)再定位的時(shí)間，縮短了示教時(shí)間，如圖2.32所示的管子相貫線的焊接，采用通常的焊接系統(tǒng)需要示教100點(diǎn)，而采用協(xié)調(diào)控制只需要20點(diǎn)。2. 同時(shí)雙面焊接時(shí)可節(jié)省工件翻轉(zhuǎn)時(shí)間，縮短了焊接工作周期3. 在“無夾具焊接系統(tǒng)”中，焊接工件定位、夾持及工件的搬運(yùn)均由機(jī)器人完成，縮短了循環(huán)時(shí)間4. 與傳統(tǒng)機(jī)器人相比可提高生產(chǎn)效率3040%三、 縮減機(jī)器人系統(tǒng)的投資1.雙面焊接時(shí)不需要翻轉(zhuǎn)設(shè)備2.由于工件夾具所需的投資要比通用機(jī)器人高

46、得多，因此“無夾具焊接系統(tǒng)”可縮減 成本3. 與傳統(tǒng)機(jī)器人相比可減少投資1020%2.7.4協(xié)調(diào)及獨(dú)立控制系統(tǒng)的示教機(jī)器人的協(xié)調(diào)及獨(dú)立控制的示教對于不同種類機(jī)器人來說是不同的，但示教過程卻基本相同。下面以日本DAIHEN公司生產(chǎn)的OTC機(jī)器人為例，來說明協(xié)調(diào)及獨(dú)立控制的示教過程。圖2.34 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的配置舉例2.7.4.1機(jī)械裝置機(jī)器人的協(xié)調(diào)及獨(dú)立控制系統(tǒng)一般包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的機(jī)械裝置，因此在手動(dòng)操作以前應(yīng)根據(jù)任務(wù)的要求選擇相應(yīng)的機(jī)械裝置。OTC機(jī)器人定義了以下四種機(jī)械裝置（如圖2.34所示）：機(jī)械裝置1：指安裝有工具（焊槍、砂輪等）的操作機(jī)（工具側(cè)操作機(jī)tool-side mani

47、pulator）機(jī)械裝置2：指安裝有移動(dòng)工件裝置的操作機(jī)（工件側(cè)操作機(jī)workpiece-side manipulator）, 在無夾具焊接系統(tǒng)中包含機(jī)械裝置2機(jī)械裝置3：指移動(dòng)工具側(cè)操作機(jī)的移動(dòng)滑臺機(jī)械裝置4：指移動(dòng)工件側(cè)操作機(jī)的移動(dòng)滑臺或裝夾工件的變位機(jī)（工件側(cè)變位機(jī)workpiece-side positioner）機(jī)械裝置的選擇通過按鈕來切換。2.7.4.2坐標(biāo)系 操作機(jī)可在下列坐標(biāo)系中進(jìn)行手動(dòng)操作： 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 基座坐標(biāo)系 笛卡兒坐標(biāo)系 工具坐標(biāo)系 工件坐標(biāo)系 絕對坐標(biāo)系與單操作機(jī)系統(tǒng)不同，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)支持絕對坐標(biāo)系系統(tǒng)。此外，在工件坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)與在基座坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)是有區(qū)別的。需要注意的是移動(dòng)滑臺和變位機(jī)只在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)。1.工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是一個(gè)直角坐標(biāo)系，其原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向固定在工件側(cè)，如圖2.35所示。當(dāng)工件移動(dòng)時(shí)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸方向的改變與工具坐標(biāo)系下類似，如圖2.36所示。當(dāng)工件側(cè)機(jī)械裝置不運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工件坐標(biāo)系下腕部軸的運(yùn)動(dòng)與基座坐標(biāo)系下相同。即使工件側(cè)機(jī)械裝置方位發(fā)生了改變，只是改變了原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向，腕部軸的運(yùn)動(dòng)將參考新的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向。2. 絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系固定在地基上，與機(jī)械裝置的方位無關(guān)，如圖2.37所示。與工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系不同的是坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向不隨機(jī)械裝置的方位而改變。圖2.35 工件坐標(biāo)系圖2.36 工件