焊接機(jī)器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)工業(yè)機(jī)器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)焊接機(jī)器人的定義,工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)(Manipulator),具有三個(gè)或更多可編程的軸,用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途,機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口,通常是一個(gè)連接法蘭,可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的,使之能進(jìn)行焊接,切割或熱噴涂。
隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)弧焊機(jī)器人工作站, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來,其技術(shù)已日益成熟,主要有以下優(yōu)點(diǎn):
1)穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量; 2)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率; 3)改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度,可在有害環(huán)境下工作;4)降低了對工人操作技術(shù)的要求;5)縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期,減少相應(yīng)的設(shè)備投資。
因此,在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。
組成
焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備,以弧焊及點(diǎn)焊為例,則由焊接電源,(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(jī)(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng),如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。
結(jié)構(gòu)形式及性能
世 界各國生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)機(jī)器人,絕大部分有6個(gè)軸。其中,1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置,而4、5、6軸解決工具姿態(tài)的不 同要求。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式:一種為平行四邊形結(jié)構(gòu),一種為側(cè)置式(擺式)結(jié)構(gòu),如圖2a、b所示。側(cè)置式(擺式)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是 上、下臂的活動(dòng)范圍大,使機(jī)器人的工 焊接機(jī)器人示意圖
作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體。因此,這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作,以節(jié)省占地面積,方便地 面物件的流動(dòng)。但是這種側(cè)置式機(jī)器人,2、3軸為懸臂結(jié)構(gòu),降低機(jī)器人的剛度,一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人,用于電弧焊、切割或噴涂。平行四邊形機(jī)器人其 上臂是通過一根拉桿驅(qū)動(dòng)的。拉桿與下臂組成一個(gè)平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較小(局限于機(jī)器人的前部),難以倒 掛工作。但80年代后期以來開發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人(平行機(jī)器人),已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部、背部及底部,又沒有測置式機(jī)器人的剛度問題, 從而得到普遍的重視。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人。近年來點(diǎn)焊用機(jī)器人(負(fù)載100~150kg)大多選用平行四邊形結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人。
上述兩種機(jī)器人各個(gè)軸都是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),故采用伺服電機(jī)通過擺線針輪(RV)減速 器(1~3軸)及諧波減速器(1~6軸)驅(qū)動(dòng)。在80年代中期以前,對于電驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人都是用直流伺服電機(jī),而80年代后期以來,各國先后改用交流伺服電 機(jī)。由于交流電機(jī)沒有碳刷,動(dòng)特性好,使新型機(jī)器人不僅事故率低,而且免維修時(shí)間大為增長,加(減)速度也快。一些負(fù)載16kg以下的新的輕型機(jī)器人其工 具中心點(diǎn)(TCP)的最高運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)3m/s以上,定位準(zhǔn)確,振動(dòng)小。同時(shí),機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法,使之具有自行優(yōu)化路徑的功 能,運(yùn)行軌跡更加貼近示教的軌跡。