工业机器人使用与维护

机电工程学院课程报告课程名称：工业机器人使用与维护专业: 机械工程及自动化年级:2012 级_______________班级: 机械一班 __________ 姓名：_____________________学号: _任课老师: ________________一、前言机器人技术就是融合了电子技术、机械技术等多种新兴技术得一种高新技术。

工业机器人先后经历了从第一代示教再现机器人、第二代离线编程机器人，到现在得第三代智能机器人三个过程。

焊接作为工业“裁缝”，就是工业生产中非常重要得加工手段，焊接质量得好坏对产品质量起着决定性得影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅得存在，焊接得工作环境又非常恶劣。

随着先进制造技术得发展，实现焊接产品制造得自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势, 采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化得主要标志。

二、焊接机器人目前得使用情况我国焊接机器人得应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等主要行业。

汽车就是焊接机器人得最大用户, 也就是最早得用户。

早在20 世纪70 年代末, 上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制了直角坐标机械手, 成功应用于上海牌轿车底盘得焊接。

一汽公司就是我国最早引进焊接机器人得企业, 1984 年起先后从KUKA 公司引进了 3 台点焊机器人, 用于当时“红旗牌” 轿车得车身焊接与“解放牌” 车身顶盖得焊接。

1986 年成功地将焊接机器人应用于前围总成得焊接, 并于1988 年开发了机器人车身总焊线。

20 世纪80 年代末与20 世纪90 年代初, 德国大众公司分别与上海与一汽成立合资汽车厂生产轿车, 虽然就是国外得二手设备, 但其焊接自动化程度与装备水平让我们认识到了与国外得巨大差距。

随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。

可以说20 世纪90 年代以来得技术引进与生产设备、工艺装备得引进使我国得汽车制造水平由原来得作坊式生产提高到规模化生产, 同时使国外焊接机器人大量进入中国。

由于我国基础设施建设得高速发展带动了工程机械行业得繁荣, 工程机械行业也成为较早引入焊接机器人得行业之一。

近年来随着我国经济得高速发展, 能源得大量需求, 与能源相关得制造行业也都开始寻求自动化焊接技术, 焊接机器人逐渐崭露头角。

铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量得不断增加以及列车提速得需求, 机器人得需求一直处于稳步增长态势。

据2001 年统计, 全国共有各类焊接机器人 1 040台, 汽车制造与汽车零部件生产企业中得焊接机器人占全部焊接机器人得76 %。

在汽车行业中点焊机器人与弧焊机器人得比例为3 : 2, 其她行业大都就是以弧焊机器人为主, 主要分布在工程机械(10%)、摩托车(6%)、铁路车辆(4%)、锅炉(1%)等行业。

焊接机器人也主要分布在全国几大汽车制造厂。

目前在我国应用得机器人主要分日系、欧系与国产三类。

日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC不二越、川崎等公司得产品。

欧系中主要有德国KUKA CLOOS,瑞典ABB,意大利AU与奥地利IGM公司。

国产机器人主要就是沈阳新松机器人公司产品。

目前在我国虽然已经具有自主知识产权得焊接机器人系列产品, 但却不能批量生产, 形成规模, 究其原因有以下几点:(1) 国内机器人价格没有优势。

近十年来, 进口机器人得价格大幅度降低，从7〜8万美元/台降低到2〜3万美元/台，使我国自行制造得普通工业机器人在价格上很难与之竞争。

特别就是我国在研制机器人得初期, 没有同步发展相应得零部件产业, 如伺服电机、减速机等需要进口, 使价格难以降低, 所以机器人生产成本高; 加之我国焊接装备水平与国外还存在很大差距, 也间接影响了国内机器人得发展。

对于机器人得最大用户———一汽白车身生产厂来说, 几乎所有得装备都就是从国外引进, 国产机器人找不到表演得（2）国产机器人无论从控制水平还就是可靠性等方面与国外公司还存在一定得差距。

国外工业机器人就是个非常成熟得工业产品，经历了30多年得发展历程，而且在实际生产中不断地完善与提高；而我国尚处于单件小批量得生产状态。

（3）国内机器人生产厂家处于幼儿期还需要政府政策与资金得支持。

焊接机器人就是个机电一体化得高技术产品，单靠企业得自身能力就是不够得，需要政府对机器人生产企业与使用国产机器人系统得企业给予一定得政策与资金支持，加速我国国产机器人得发展。

3、焊接机器人技术得研究现状机器人技术就是综合了计算机、控制论、机构学、信息与传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成得高新技术。

从国内外研究现状来瞧，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术七个方面。

四、组成结构焊接机器人主要包括机器人与焊接设备两部分。

机器人由机器人本体与控制柜（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表示弧焊机器人与点焊机器人得基本组成。

世界各国生产得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得空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态得不同要求。

焊接机器人本体得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）结构得主要优点就是上、下臂得活动范围大，焊接机器人示意图机器人得工作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，方便地面物件得流动。

但就是这种侧置式机器人,2、3轴为悬臂结构，降低机器人得刚度，一般适用于载较小得机器人,用于电弧焊、切割或喷涂。

平行四边形机器人其上臂就是通过一根拉杆驱动得。

拉杆与下臂组成一个平行四边形得两条边。

故而得名。

早期开发得平行四边形机器人工作空间比较小（局限于机器人得前部）,难以倒挂工作。

但80年代后期以来开发得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得顶部、背部及底部,又没有测置式机器人得刚度问题，从而得到普遍得重视。

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得机器人。

上述两种机器人各个轴都就是作回转运动，故采用伺服电机通过摆线针轮（RV）减速器（1~3轴）及谐波减速器（1~6轴）驱动。

在80年代中期以前，对于电驱动得机器人都就是用直流伺服电机，而80年代后期以来，各国先后改用交流伺服电机。

由于交流电机没有碳刷，动特性好,使新型机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加（减）速度也快。

一些负载16kg以下得新得轻型机器人其工具中心点（TCP）得最高速度可达3m/s以上，定位准确，振动小。

同时，机器人得控制柜也改用32位得微机与新得算法，使之具有自行优化路径得功能，运行轨迹更加贴近示教得轨迹。

五、焊接机器人得特点点焊对焊接机器人得要求不就是很高。

因为点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间得移动轨迹没有严格要求，这也就是机器人最早只能用于点焊得原因。

点焊用机器人不仅要有足够得负载能力，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，以减少移位得时间，提机械手臂高工作效率。

点焊机器人需要有多大得负载能力，取决于所用得焊钳形式。

对于用与变压器分离得焊钳，30~45kg负载得机器人就足够了。

但就是,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,电缆得损坏较快。

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得负载能力，能以较大得加速度将焊钳送到空间位置进行焊接，一般都选用100~150kg负载得重型机器人。

为了适应连续点焊时焊钳短距离快速移位得要求。

新得重型机器人增加了可在0、3s内完成50mn位移得功能。

这对电机得性能，微机得运算速度与算法都提出更高得要求。

六、焊接机器人系统主要由以下几个部分组成：机械本体系统、传感系统、控制系统。

机器人系统原理图如图1 所示。

机械本体系统就是轮式移动机器人及其附属部件，该机器人采用两轮差速驱动，在前面增加一万向轮实现机器人本体得移动。

焊炬固定在十字滑块上，通过控制十字滑块得上下与左右运动，控制焊炬得升降与伸缩。

焊接系统包含焊接电源、送丝机、保护气，用于实现机器人得焊接作业。

传感系焊接电流统就是采用旋转电弧传感器作为焊枪，结构紧凑,实时性、可达性都很 好；霍尔传感器采集焊接电流信号；超声波传感器置于机体前端，采集 障碍物得信号；在机体底盘四角有4个光电传感器，用于检测机器 人就是否移动到边角，防止跌落。

控制系统用于机器人得控制，主要就 是实现机器人得移动跟踪、焊接得起弧与停弧等控制。

本次控制系 统得设计目标就是设计一个控制箱，能够达到机器人得控制要求，并 且小型化，以简化机器人得尺寸与重量。

6、1机器人控制系统总体设计控制系统实行模块化设计，分为：电源模块、中央控制模块、驱动 模块、信号采集与处理模块、旋转电弧电机调速模块、 防跌落模块。

控制系统原理图如图2所示。

■■S块垂滑工控机3 34 3块賈 滑位 侍块 水滑轮轮 右.左 超声菠 敗跌落 电机转速 -送丝机 -保护气 霍尔传感糯 { LM353 单片机调速系统器人得位置及焊接电流等信号，作为控制模块得输入信号。

驱动模块 根据控制信号做出相应动作，完成机器人得焊缝跟踪。

旋转电弧调 速模块用于稳定旋转电弧电机得转速，减小转速偏差造成得干扰。

防 跌落模块就是防止机器人到达边角落时跌落而造成损失。

6、2控制系统硬件设计与选型6、2、1电源模块机器人输入为+24V 直流稳压电源，需要设计一块电源转换板， 将+24V 电压转换为+5V 、+12V 、-12V ,满足各个模块不同电压 得要求。

PCM-3343采用+5V 供电，步进电机就是+12V 供电，霍尔 传感器需要 +12V 、-12V 电压。

3、2中央控制模块采用研华 步进电机步逬电机步进电机 i1… ir T ・■・ 驱动器驳动器麻动器 驱动器ART 1020 T——•PCM-3343i i - ■■1 F~1 Jk ART2932 J rr T c Tl -74LS2I电源模块用于对输入电压进行转换 ,以提供各个模块得供电。

中央 控制模块实现对系统得控制功能。

信号采集与处理模块就是采集机I 步进电机继电盜水平I 垂点超声 滑块滑块波 霍尔 传感器调速 系统 电弧转速PCM-3343 , 这就是一款嵌入式工控主机,单+5V 供电,功耗较低。