焊接机器人

       为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

产品介绍

　　随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动弧焊机器人工作站，从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：

　　1）稳定和提高焊接质量；

　　2）提高劳动生产率；

　　3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；

　　4）降低了对工人操作技术的要求；

　　5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

　　因此，在各行各业已得到了广泛的应用。

组成结构

　　焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。图1a、b表示弧焊机器人和点焊机器人的基本组成。

　　结构形式及性能

　　世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节机器人，绝大部分有6个轴。其中，1、2、3轴可将末端工具送到不同的空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。焊接机器人本体的机械结构主要有两种形式：一种为平行四边形结构，一种为侧置式（摆式）结构，如图2a、b所示。侧置式（摆式）结构的主要优点是上、下臂的活动范围大，使机器人的工作空间几乎能达一个球体。因此，这种机器人可倒挂在机架上工作，以节省占地面积，方便地面物件的流动。但是这种侧置式机器人，2、3轴为悬臂结构，降低机器人的刚度，一般适用于负载较小的机器人，用于电弧焊、切割或喷涂。平行四边形机器人其上臂是通过一根拉杆驱动的。拉杆与下臂组成一个平行四边形的两条边。故而得名。早期开发的平行四边形机器人工作空间比较小（局限于机器人的前部），难以倒挂工作。但80年代后期以来开发的新型平行四边形机器人（平行机器人），已能把工作空间扩大到机器人的顶部、背部及底部，又没有测置式机器人的刚度问题，从而得到普遍的重视。这种结构不仅适合于轻型也适合于重型机器人。近年来点焊用机器人（负载100～150kg）大多选用平行四边形结构形式的机器人。

　　上述两种机器人各个轴都是作回转运动，故采用伺服电机通过摆线针轮（RV）减速器（1～3轴）及谐波减速器（1～6轴）驱动。在80年代中期以前，对于电驱动的机器人都是用直流伺服电机，而80年代后期以来，各国先后改用交流伺服电机。由于交流电机没有碳刷，动特性好，使新型机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加（减）速度也快。一些负载16kg以下的新的轻型机器人其工具中心点（TCP）的最高运动速度可达3m/s以上，定位准确，振动小。同时，机器人的控制柜也改用32位的微机和新的算法，使之具有自行优化路径的功能，运行轨迹更加贴近示教的轨迹。

特点

　　点焊对焊接机器人的要求不是很高。因为点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求，这也是机器人最早只能用于点焊的原因。点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊机器人需要有多大的负载能力，取决于所用的焊钳形式。对于用与变压器分离的焊钳，30～45kg负载的机器人就足够了。但是，这种焊钳一方面由于二次电缆线长，电能损耗大，也不利于机器人将焊钳伸入工件内部焊接；另一方面电缆线随机器人运动而不停摆动，电缆的损坏较快。因此，目前逐渐增多采用一体式焊钳。这种焊钳连同变压器质量在70kg左右。考虑到机器人要有足够的负载能力，能以较大的加速度将焊钳送到空间位置进行焊接，一般都选用100～150kg负载的重型机器人。为了适应连续点焊时焊钳短距离快速移位的要求。新的重型机器人增加了可在0.3s内完成50mm位移的功能。这对电机的性能，微机的运算速度和算法都提出更高的要求。

装备

　　点焊机器人的焊接装备，由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流，而对于容量较大的变压器，已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600～700Hz交流，使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600～700Hz交流电焊接，也可以再进行二次整流，用直流电焊接。焊接参数由定时器调节，参见图1b。新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。点焊机器人的焊钳，通常用气动的焊钳，气动焊钳两个电极之间的开口度一般只有两级冲程。而且电极压力一旦调定后是不能随意变化的。近年来出现一种新的电伺服点焊钳，如图4所示。焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使这种焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置。而且电极间的压紧力也可以无级调节。这种新的电伺服点焊钳具有如下优点：

　　1）每个焊点的焊接周期可大幅度降低，因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的，机器人在点与点之间的移动过程、焊钳就可以开始闭合；而焊完一点后，焊钳一边张开，机器人就可以一边位移，不必等机器人到位后焊钳才闭会或焊钳完全张开后机器人再移动；

　　2）焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整，只要不发生碰撞或干涉尽可能减少张开度，以节省焊钳开度，以节省焊钳开合所占的时间。

　　3）焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以调节，而且在闭合时两电极是轻轻闭合，减少撞击变形和噪声。

结构设计

　　由于所设计的焊接机器人是在准平面、空间狭窄的环境下工作，为了保证机器人能根据电弧传感器的偏差信息，跟踪焊缝自动焊接，要求所设计的机器人应该结构紧凑、移动灵活且工作稳定．文中针对狭窄空间特点，开发了一种小型移动焊接机器人，根据机器人各结构的运动特点，运用模块化设计方法，把机器人机构分为轮式移动平台、焊炬调节机构和电弧传感器三部分。其中，轮式移动平台由于其惯性大，响应慢，主要对焊缝进行粗跟踪，焊炬调节机构负责焊缝精确跟踪，电弧传感器完成焊缝偏差实时识别．另外，机器人控制器和电机驱动器集成安装于机器人移动平台上，使其体积更小。同时，为了减少恶劣焊接环境下粉尘对运动部件影响，采用全封闭式结构，提高其系统可靠性。

维护保养

　　一、日检查及维护

　　1、送丝机构。包括送丝力距是否正常，送丝导管是否损坏，有无异常报警。

　　2、气体流量是否正常。

　　3、焊枪安全保护系统是否正常。(禁止关闭焊枪安全保护工作)。

　　4、水循环系统工作是否正常。

　　5.测试TCP(建议编制一个测试程序，每班交接后运行)

　　二、周检查及维护

　　1、擦洗机器人各轴。

　　2、检查TCP的精度。

　　3、检查清渣油油位。

　　4、检查机器人各轴零位是否准确。

　　5、清理焊机水箱后面的过滤网。

　　6、清理压缩空气进气口处的过滤网。

　　7、清理焊枪喷嘴处杂质，以免堵塞水循环。

　　8、清理送丝机构，包括送丝轮，压丝轮，导丝管。

　　9、检查软管束及导丝软管有无破损及断裂。(建议取下整个软管束用压缩空气清理)。

　　10、检查焊枪安全保护系统是否正常，以及外部急停按钮是否正常。

　　三、月检查及维护

　　1、润滑机器人各轴。其中1—6轴加白色的润滑油。油号86E006。

　　2、RP变位机和RTS轨道上的红色油嘴加黄油。油号：86K007

　　3、RP变位机上的蓝色加油嘴加灰色的导电脂。油号：86K004

　　4、送丝轮滚针轴承加润滑油。(少量黄油即可)

　　5、清理清枪装置，加注气动马达润滑油。(普通机油即可)

　　6、用压缩空气清理控制柜及焊机。

　　7、检查焊机水箱冷却水水位，及时补充冷却液(纯净水加少许工业酒精即可)

　　8、完成1—8项的工作外，执行周检的所有项目。