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焊接机器人及系统介绍

发布时间:2019-01-21 点击次数:494

一、什么是焊接机器人

焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。根据国际标准化组织(ISO)工业机器人属于标准焊接机器人的定义,工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机(Manipulator),具有三个或更多可编程的轴,用于工业自动化领域。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。

二、焊接机器人的发展历程

自从世界上第一台工业机器人UNIMATE于1959年在美国诞生以来,机器人的应用和技术发展经历了三个阶段:

第一代是示教再现型机器人。这类机器人操作简单,不具备外界信息的反馈能力,难以适应工作环境的变化,在现代化工业生产中的应用受到很大限制。

第二代是具有感知能力的机器人。这类机器人对外界环境有一定的感知能力,具备如听觉、视觉、触觉等功能,工作时借助传感器获得的信息,灵活调整工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。

第三代是智能型机器人。这类机器人不但具有感觉能力,而且具有独立判断、行动、记忆、推理和决策的能力,能适应外部对象、环境协调地工作,能完成更加复杂的动作,智能机器人还具备故障自我诊断及修复能力。

焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。早期的焊接机器人缺乏“柔性”,焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置,工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展,焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元(系统)方向发展。

焊接机器人及系统介绍(焊接机器人系统组成和编程方法及发展趋势)

三、焊接机器人特点

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。

焊接机器人及系统介绍

四、焊接机器人优点

1)稳定和提高焊接质量,能将焊接质量以数值的形式反映出来;

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。

五、焊接机器人的系统组成

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。

焊接机器人及系统介绍

六、激光焊接机器人系统组成

焊接机器人及系统介绍

七、焊接机器人结构设计

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。