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焊接机器人

焊接机器人

分类: 机器人
属性: 技术
最后修改时间: 2013年05月14日
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  • 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)工业机器人术语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。

  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

  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。

  特点

  点焊机器人的基本功能

  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。

  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。

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