自动焊接机器人系统设计

自动焊接机器人系统设计*
张梦欣,周斌
(常州机电职业技术学院,江苏常州213164)
摘要:随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展,自动焊接机器人自20世纪60年代开始用于生产以来,其技术已日益成熟,本系统设计的是针对7000系列铝管焊接的双机器人自动焊接系统。

文章就此展开论述,仅供参考。

关键词:焊接机器人;系统;设计中图分类号:TP242文献标志码
:A 文章编号:1672-3872(2019)15-0025-02
基金项目:江苏省大学生创新创业训练计划项目———《无人值守的机器
人焊接生产线的设计》(201813114014Y )
作者简介:张梦欣(1998—),男,江苏盐城人,专科,讲师,研究方向:工业机器人技术。

通讯作者:周斌(1983—),男,江苏镇江人,本科,讲师,专业方向:自动化控制。

图1自动焊接机器人系统动作流程
1系统整体设计
自动焊接机器人系统主要由搬运机器人、焊接机器人、自动供料传送带、智能控制柜等组成。

智能控制柜是机器人手动运行的控制装置,采用PLC 集中控制,通过触摸屏使用者可以控制机器人、传送皮带的运行,同时可以监控现场状况;搬运机器人根据焊接机器人发出的结束信号动作,将工件搬运到传送带上,同时传送带上需要焊接的工件搬运到焊接工作台。

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。

而焊接装备则由焊接电源、送丝机、焊枪等部分组成。

2硬件系统选择及信号连接
根据控制要求,硬件系统通过总线由PLC 控制实现自动化功能,主要硬件选择如下。

2.1机器人的选择
一般焊接机器人系统根据焊接产品形状和大小来选择机器人,保证一次将产品上的所有焊点都焊到为准;其次考虑效率和成本,选择机器人的轴数和速度以及负载能力[1]。

在其它情况同等的情况下,优先选择具备内置弧焊程序的工业机器人,便于程序的编制和调试;应优先选择能够在上臂内置焊枪电缆,底部还可以内置焊接地线电缆、保护气气管的工业机器人,这样在减少电缆活动空间的同时,也延长了电缆的寿命。

对于焊接机器人,还要考虑焊接用的专用技术指标,如适用的焊接方法、摆动功能、焊接工艺故障自检和自处理功能、引弧和收弧功能、焊接尖端点示教功能[2]。

本研究中工业机器人弧焊工作站选择的弧焊机器人为安川MA1400,选择安川MH6为工件传送机器人,DX100控制器中内置了弧焊专用程序。

2.2控制柜
控制柜实现各部分硬件连接,内部安装断路器、安川PLC 、安全控制器、直流24V 电源、保险丝、接线端子、中间继电器等元器件。

2.3PLC
PLC 采用安川MP2310控制器,主要有完成机器人启停控制、与外部安全设备通信、触摸屏通信等功能,MP2310可以将选购模块安装在插槽中,不仅可以对应开放网络,还可扩展I/O 。

相比传统的PLC ,它大大提高了CPU 的处理速度,还实现了顺序控制与运动控制的完全同步处理[3]。

可以自动识别连接的拓展模块、伺服驱动器。

Windows 环境下的编程不仅提高了操作性,还具备从设计到维护全部的便捷功能,是新一代的高速机器控制器。

2.4安全控制器
安全控制器型号为欧姆龙G9SP-N10S ,主要完成安全光幕的控制等功能。

安全控制器是承担安全控制的可编程控制器,它可以预先实施安全风险评估,确定控制所需的安全措施。

例如,当人触碰光幕时,如果仅仅是小范围触碰,即判断为手或脚伸
入,此时安全控制器就可以控制警示灯发出警示信号;如果是大范围触碰,即有可能有人进入了,此时安全控制器就可以对机器人发出急停信号,中断正在进行的生产活动。

2.5弧焊系统的选型
对于航空铝材的焊接来说,一般焊机都难以达到焊接要求,不管是OTC 、凯尔达、还是松下焊接实验效果都不能满足企业的焊接需求。

对于这种7000系列铝材焊接,最终选定伏能士公司生产的CMT 系列焊接技术进行焊接,根据焊材特点最终选定CMT3200焊接电源和配套焊接系统[4]。

2.6信号的连接
根据控制要求,机器人控制信号和PLC 的连接如表1所示。

表1基本信号连接表
机器人系统关联信号说明
ResetEstop
1=执行机器人急停
信号类型电平
Auto On 1=自动模式,0=手动模
式电平
MotoOnState
1=机器人电机已使能,脉冲串=机器人电机没
使能Stop 脉冲
机器人程序停止
(暂停)
机器人信号名称DI10_6
DO10_1DO10_2
DI10_4无
脉冲
机器人焊接完成信号。

焊接完成输出1秒个脉冲信号通知PLC (通
过编程实现)DO10_4MotoOn DI10_1脉冲机器人电机使能Start DI10_3脉冲机器人程序启动PLC 地址I0.4I0.5
Q0.6Q1.0
I0.7Q0.3Q0.4PLC 符号自动状态电机已使能
焊接完成电机使能开始停止
机器人急
停复位
投资水平。

用I表示投资水平、P表示最初成本、M表示最初产量△P、表示由于能源价格变动造成的产品成本上升幅度、△M表示产出变动幅度,则能源价格变动前后的平衡关系为:
PM=I=P(1+△P)M(1+△M)(4)根据上式,可以得到产出变化情况,即
△M=1/(1+△P)-1(5)表2反映的就是各产业在煤炭和石油价格变动时产出的变动情况,与成本变动对应的是,成本上升幅度越大,产业产出水平越低。

其中,煤炭价格上涨对电力和热力生产及供应业紧缩作用较大,煤炭价格翻番时,其产出下降15.15%;而石油价格上涨对煤气及水生产供应业、高耗能制造业、交通运输及仓储业的紧缩作用较大,石油价格翻番时,这三个产业的产出水平分别下降21.72%、13.85%和12.41%。

3结论与启示
3.1结论
3.1.1能源价格上涨对产业产出具有紧缩作用
能源价格上涨对产业产出具有反向影响,具体表现为:能源价格上涨的幅度越大,其他产业产出水平下降越多,但对于不同产业,能源价格的反向作用差异很大。

其中,电力、煤气、高耗能制造业、交通运输等能源消费大户对能源价格上涨的反应较为强烈,而农业和第三产业(除交通运输及仓储业)等非能源密集型产业受能源价格上涨的影响较小。

3.1.2能源价格上涨能够影响产业结构
产业结构可以看成是产业间产出的对比,在不考虑其他影响因素的情况下,能源价格上涨在改变产业产出的同时,由于产出水平下降速度的不一致性,实际上是改变了产业间的产出比例。

根据下降速度,能源价格的上涨会导致能源密集型产业在整个产业中的比例减少,而非能源密集型产业的比例会上升,从而改变产业结构。

3.1.3石油价格上涨的影响力大于煤炭
从石油和煤炭价格上涨对产业产出的影响力度来看,除电力行业外,石油的影响力明显高于煤炭。

当两者的价格都上涨100%时,石油紧缩力度超过10%的产业有三个,包括煤气及水生产供应业、高耗能制造业、交通运输及仓储业,而煤炭只有电力和热力生产及供应业一个。

整体来看,对于高耗能制造业,石油价格上涨的影响力度约是煤炭的2倍左右,对于非能源密集型产业,这一影响力度约在1.5倍左右。

3.2相关启示
3.2.1充分运用价格的杠杆作用袁优化产业结构
在市场经济中,价格作为配置资源的基本手段发挥着重要的杠杆作用。

一旦能源价格充分放开,企业就会根据能源价格信号,进行生产决策,那些低效高耗能的产业就会加速退出市场,最终降低了经济对能源的过度依赖,加快经济增长模式由粗放向集约型转变,达到产业结构的优化升级。

3.2.2发挥石油产品价格对能源消费的调控作用
虽然我国的石油消费比例只有20%左右,但其对经济的影响却比煤炭大。

尽管石油价格基本与国际接轨了,但成品油市场是这几年来才逐步改革的,其价格市场化过程相对缓慢。

近期国内消费市场对成品油价格波动的反响很大,成品油价格上升一定程度上加重了居民负担,这对社会经济平稳发展产生一定负面作用,但从长远来看,成品油涨价会引来消费者改变消费观念,如在购车时选择小排量乘用车或节能车、出行时选择其他方式,而这些对于改善环境、实现可持续发展具有积极意义。

因此,要充分重视石油产品价格对能源消费的调控作用,当然,也要同时发挥其他能源如煤炭的调控作用,平衡实现能源消费结构的优化。

3.2.3注重能源价格调控的适度性
凡是要量力而行,适度而止。

能源价格调控一样也要注重适度性。

由实证分析可知,能源价格上涨虽然能够给高耗能产业带来成本压力、紧缩其产出,从而达到优化产业结构的目的,但是能源价格上涨在紧缩高耗能产业的同时,也对其他产业产生了影响,如农业、服务业等。

过度上涨的能源价格会导致社会总成本的上升,从而带动CPI和PPI的上涨,发生通货膨胀,给经济平稳运行产生负面影响。

因此,我们在运用能源价格对经济发展方式进行调控时,一定把握好调控的力度和方向。

参考文献:
[1]Finn,M.G.,Perfect Competition and the Effects of Energy
Price Increases on Economics Activity[J].Journal of Money, Credit and Banking,2000.
[2]林伯强,牟敦国.能源价格对宏观经济的影响:基于可计算一
般均衡(CGE)的分析[J].经济研究,2008,43(11):88-101. [3]胡宗义,刘亦文.能源要素价格改革对我国经济发展的影响分
析:基于一个动态可计算一般均衡(CGE)模型[J].系统工程, 2009,27(11):1-6.
[4]林永生.能源价格对经济主体的影响及其传导机制:理论和中
国的经验[J].北京师范大学学报(社会科学版),2008(1):127-133.
3焊接机器人系统功能实现
自动焊接机器人系统动作可分为手动控制和自动控制两种模式,其动作流程如图1所示。

确保系统能自动运行先将其中关键信号点列出。

4结论
经过系统集成,整个系统能够自动化运行,在无人值守下能够连续开展焊接工作。

该系统创新的使用了双机器人焊接,使得焊接调整空间大,比较适合复杂工装的焊接,通过节拍设计,实现边供料边焊接,大大提高了焊接工作效率。

参考文献:
[1]张轲,吴毅雄,金鑫,等.移动焊接机器人坡口自寻迹位姿调整
的轨迹规划[J].机械工程学报,2005(5):215-220.
[2]毛志伟,张华,郑国云.旋转电弧传感弯曲焊缝移动焊接机器
人结构设计[J].焊接学报,2005,26(11):51-54.
[3]董晓雨.机器人焊接工装的即插即用控制技术的研究[D].上
海:上海交通大学,2008:12-13.
[4]高学成.论焊接机器人技术的现状及未来[J].南方农机, 2015,46(6):33-34.
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