焊接機器人的控制原理及應用

1、焊接機器人的控制原理及應用焊接機器人的控制原理及應用焊接機器人是一種高度自動化的焊接設備，是焊接自動化的革命性進步，焊接機器人是一種高度自動化的焊接設備，是焊接自動化的革命性進步，它突破了焊接剛性自動化傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動化新方式。在大三上它突破了焊接剛性自動化傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動化新方式。在大三上學期的認識實習過程中，已經(jīng)在長力機械廠有所接觸。焊接機器人采用機器人學期的認識實習過程中，已經(jīng)在長力機械廠有所接觸。焊接機器

2、人采用機器人代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的發(fā)展趨勢，是提高焊接質(zhì)量、降低成本、改代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的發(fā)展趨勢，是提高焊接質(zhì)量、降低成本、改善工作環(huán)境的重要手段。機器人焊接作為現(xiàn)代制造技術發(fā)展的重要標志己被國善工作環(huán)境的重要手段。機器人焊接作為現(xiàn)代制造技術發(fā)展的重要標志己被國內(nèi)許多工廠所接受，并且越來越多的企業(yè)首選焊接機器人作為技術改造的方案。內(nèi)許多工廠所接受，并且越來越多的企業(yè)首選焊接機器人作為技術改造的方案。一、我國焊接機器

3、人技術的發(fā)展歷史一、我國焊接機器人技術的發(fā)展歷史焊接機器人技術的發(fā)展我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本，起于焊接機器人技術的發(fā)展我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本，起于2020世紀世紀7070年代，早期是大學和科研院所的自發(fā)性的研究。到年代，早期是大學和科研院所的自發(fā)性的研究。到8080年代中期，全國沒有年代中期，全國沒有一臺工業(yè)機器人問世。而在國外，工業(yè)機器人已經(jīng)是個非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，一臺工業(yè)機器人問世。而在國外，工業(yè)機器人已經(jīng)是個非常

4、成熟的工業(yè)產(chǎn)品，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應用。鑒于當時的國內(nèi)外形勢，國家在汽車行業(yè)得到了廣泛的應用。鑒于當時的國內(nèi)外形勢，國家“七五七五”攻關計攻關計劃將工業(yè)機器人的開發(fā)列入了計劃，對工業(yè)機器人進行了攻關，特別是把應用劃將工業(yè)機器人的開發(fā)列入了計劃，對工業(yè)機器人進行了攻關，特別是把應用作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機器人技術和用戶緊密結合起來，使中國機器作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機器人技術和用戶緊密結合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準了

5、實用化的方向。人在起步階段就瞄準了實用化的方向。與此同時于與此同時于19861986年將發(fā)展機器人列入國家年將發(fā)展機器人列入國家“863““863“高科技計劃。在國家高科技計劃。在國家“863““863“計劃實施五周年之際，鄧小平同志提出了計劃實施五周年之際，鄧小平同志提出了“發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化“的目標。的目標。在國內(nèi)市場發(fā)展的推動下，以及對機器人技術研究的技術儲備的基礎上，在國內(nèi)市場發(fā)展的推動下，以及對機器人

6、技術研究的技術儲備的基礎上，863863主題專家組及時對主攻方向進行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機器人及應用工程作為主題專家組及時對主攻方向進行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機器人及應用工程作為研究開發(fā)重點之一，提出了以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發(fā)展方針，以后研究開發(fā)重點之一，提出了以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發(fā)展方針，以后又列入國家又列入國家“八五八五“和“九五九五“中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國家的組織和支持中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國家的組織

7、和支持下，我國焊接機器人的研究在基礎技術、控制技術、關鍵元器件等方面取得了下，我國焊接機器人的研究在基礎技術、控制技術、關鍵元器件等方面取得了重大進展，并已進入使用化階段，形成了點焊、弧焊機器人系列產(chǎn)品，能夠?qū)嵵卮筮M展，并已進入使用化階段，形成了點焊、弧焊機器人系列產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)?，F(xiàn)小批量生產(chǎn)。二、焊接機器人的組成二、焊接機器人的組成常規(guī)的弧焊機器人系統(tǒng)由以下常規(guī)的弧焊機器人系統(tǒng)由以下5部分組成。部分組成。1、機器人本體，一般

8、是伺服電機驅(qū)動的機器人本體，一般是伺服電機驅(qū)動的6軸關節(jié)式操作機，它由驅(qū)動器、傳軸關節(jié)式操作機，它由驅(qū)動器、傳動機構、機械手臂、關節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成。它的任務是精確地保證機械動機構、機械手臂、關節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成。它的任務是精確地保證機械手末端（悍槍）所要求的位置、姿態(tài)和運動軌跡。手末端（悍槍）所要求的位置、姿態(tài)和運動軌跡。2、機器人控制柜，它是機器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，包括計算機硬件、軟件和一些機器人控制柜，它是機器人系統(tǒng)的神經(jīng)中

9、樞，包括計算機硬件、軟件和一些專用電路，負責處理機器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。專用電路，負責處理機器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。3、焊接電源系統(tǒng)，包括焊接電源、專用焊槍等。焊接電源系統(tǒng)，包括焊接電源、專用焊槍等。4、焊接傳感器及系統(tǒng)安全保護設施。焊接傳感器及系統(tǒng)安全保護設施。5、焊接工裝夾具。焊接工裝夾具。三、焊接機器人工作站的工作原理三、焊接機器人工作站的工作原理1.1.機器人與焊接設備共同發(fā)展機器人與焊接設

10、備共同發(fā)展焊接機器人應用技術是機器人技術、焊接技術和系統(tǒng)工程技術的融合，焊焊接機器人應用技術是機器人技術、焊接技術和系統(tǒng)工程技術的融合，焊接機器人能否在實際生產(chǎn)中得到應用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術的接機器人能否在實際生產(chǎn)中得到應用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術的共同提高，而系統(tǒng)工程技術是機器人技術和焊接技術的粘合劑。以安川電機的共同提高，而系統(tǒng)工程技術是機器人技術和焊接技術的粘合劑。以安川電機的MOTOMANMOTOMAN機

11、器人為例，過去幾代機器人的發(fā)展都是圍繞焊接設備完成多項焊接機器人為例，過去幾代機器人的發(fā)展都是圍繞焊接設備完成多項焊接專用功能的開發(fā)，如焊接參數(shù)的漸變調(diào)節(jié)功能、專用功能的開發(fā)，如焊接參數(shù)的漸變調(diào)節(jié)功能、TIGTIG焊接時利用擺焊同步技術焊接時利用擺焊同步技術進行的斷續(xù)填絲焊接功能、弧焊傳感器（電弧跟蹤）功能及焊接實時監(jiān)控功能進行的斷續(xù)填絲焊接功能、弧焊傳感器（電弧跟蹤）功能及焊接實時監(jiān)控功能等，都是焊接工藝的需求促使下的開發(fā)。等，都是焊

12、接工藝的需求促使下的開發(fā)。同樣地，焊接設備制造商為了實現(xiàn)機器人自動化焊接，在焊接電源的設計同樣地，焊接設備制造商為了實現(xiàn)機器人自動化焊接，在焊接電源的設計上也做了許多改進，如、機器人可檢出焊縫位置使用的高電壓，焊接電源做到上也做了許多改進，如、機器人可檢出焊縫位置使用的高電壓，焊接電源做到了內(nèi)置；與機器人的通信接口方面，現(xiàn)在許多焊機制造商都采用了方便快捷的了內(nèi)置；與機器人的通信接口方面，現(xiàn)在許多焊機制造商都采用了方便快捷的通信接口。通信

13、接口。2.2.焊接機器人提高精度焊接機器人提高精度企業(yè)在生產(chǎn)中應用機器人意味著追求高效率、高焊接質(zhì)量，因此各機器人企業(yè)在生產(chǎn)中應用機器人意味著追求高效率、高焊接質(zhì)量，因此各機器人廠家都在焊接速度上尋求突破，而機器人在軌跡控制上的高精度是高速焊接的廠家都在焊接速度上尋求突破，而機器人在軌跡控制上的高精度是高速焊接的可靠保證?？煽勘ＷC。MOTOMANMOTOMAN機器人在新一代控制器機器人在新一代控制器NX100NX100中，應用中，應用A

14、RMARM（AdvancedAdvancedRobotRobotMotionMotion）控制技術將各軸的慣性矩、重力矩、機器人安裝位置等因素納入運動）控制技術將各軸的慣性矩、重力矩、機器人安裝位置等因素納入運動控制計算，大大提高了運動軌跡的精度。如，在焊接工作站中，我們會遇到各控制計算，大大提高了運動軌跡的精度。如，在焊接工作站中，我們會遇到各種機器人安裝形式（如圖種機器人安裝形式（如圖1a1a），在每種安裝方式中，機器人各軸所受的重

15、力矩，在每種安裝方式中，機器人各軸所受的重力矩各不相同，我們只要在各不相同，我們只要在ARMARM控制中正確地設置機器人對地面的角度，就會克服控制中正確地設置機器人對地面的角度，就會克服各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。3.3.雙機協(xié)調(diào)焊接功能雙機協(xié)調(diào)焊接功能有時我們會遇到長形工件，焊縫分布在工件的兩端，若采用有時我們會遇到長形工件，焊縫分布在工件的兩端，若采用1臺機器人進臺機器人進行焊接，會出

16、現(xiàn)因兩端不同時焊接而造成焊接變形不一致，從而使工件在長度行焊接，會出現(xiàn)因兩端不同時焊接而造成焊接變形不一致，從而使工件在長度方向上扭轉(zhuǎn)變形，焊接后的工件難以符合尺寸要求。針對這種類型的工件，我方向上扭轉(zhuǎn)變形，焊接后的工件難以符合尺寸要求。針對這種類型的工件，我們常采用們常采用2臺機器人同時協(xié)調(diào)焊接的方式，這就促生了兩臺機器人雙機協(xié)調(diào)焊臺機器人同時協(xié)調(diào)焊接的方式，這就促生了兩臺機器人雙機協(xié)調(diào)焊接技術。在汽車后橋和消聲器的焊接中，經(jīng)常會使用

17、到該項技術。接技術。在汽車后橋和消聲器的焊接中，經(jīng)常會使用到該項技術。此外，焊接機器人的實用功能還有很多，并已經(jīng)過實踐的檢驗，為提高焊此外，焊接機器人的實用功能還有很多，并已經(jīng)過實踐的檢驗，為提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量帶來了明顯的效果。同時，每個機器人廠家對各種功能接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量帶來了明顯的效果。同時，每個機器人廠家對各種功能的開發(fā)也各有特點，可以說，在這個舞臺上，各種各樣的先進技術始終在不斷的開發(fā)也各有特點，可以說，在這個舞臺上

18、，各種各樣的先進技術始終在不斷涌現(xiàn)，異彩紛呈。涌現(xiàn)，異彩紛呈。七、焊接機器人的發(fā)展展望七、焊接機器人的發(fā)展展望在新的歷史時期，面對新的機遇和挑戰(zhàn)，只有一方面緊跟世界科技發(fā)展的在新的歷史時期，面對新的機遇和挑戰(zhàn)，只有一方面緊跟世界科技發(fā)展的潮流，研究與開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的焊機機器人設備；另一方面，仍然通過潮流，研究與開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的焊機機器人設備；另一方面，仍然通過引進和消化，吸收一些現(xiàn)有的先進技術，踩在別人的肩膀上，盡快縮短和別