智能焊接机器人系统

焊接机器人系统

机器人通常定义为：机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

焊接机器人作为在生产中最为常见的工业机器人，焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。因此，我选取焊接机器人作为讨论对象，以下是我比对自己在图书馆和网上找到的资料对焊接机器人的系统组成进行的简要概括，分析焊接机器人系统是怎样完成复杂的焊接工作的。

一、典型的机器人系统组成：

1、机器人本体和操作机，可以直接完成各种具体作业；

2、机器人控制器，用来控制机器人和完成数据存储，包括计算机系统和伺服系统两部分；

3、各种不同的作业工具，如焊枪和手爪等；

4、各种周边辅助设备；

5、为完成特殊任务而使用的传感器；

6、用于完成计算机管理、监控和计算机通信的通信系统。

二、焊接机器人的定义

焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织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，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枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。目前在汽车工业中被广泛应用于汽车底盘的焊接。

三、焊接机器人的软硬件系统组成

1、焊接机器人的硬件系统。如下图所示：焊接机器人的硬件系统一般由机器人本体、摄像

机随动机构、焊接电源、摄像机、机器人控制器、示教盒、和中央控制机、导引/焊缝跟踪计算机、熔透控制计算机、焊机接口控制盒、电焊机和送丝机等部分构成。

2、焊接机器人的软系统。焊接机器人的软系统根据模块化设计的思想，将焊接机器人工作

单元分解为不同的功能模块。主要有初始位置导引模块、焊缝跟踪模块，熔透控制模块，

系统仿真模块，数据库/知识库模块等几部分组成，所有这些模块都通过Windows Socket 与中央监控计算机进行通信。

四、焊接任务智能化角度的焊接机器人组成：

1、焊接机器人的轨迹运动机构硬件本体，包括变位机，工装卡具等设备。

2、焊接机器人的外部传感系统。主要包括对焊接环境的视觉传感器，对焊缝和焊接

熔池的视觉传感器，以及电弧传感器等。

3、焊接机器人的知识库系统。包括焊接工艺数据库与专家系统，焊接过程知识模型以及控

制方法知识库等。

4、焊接任务的自主规划、编程与仿真系统等。

5、焊接机器人的信息处理系统。包括传感信息的处理，如环境、工件、熔池的图像处理算

法，机器人运动与焊接过程、设备运行的信息管理等。

6、焊接熔池动态过程的智能控制算法。

7、机器人焊接柔性系统的协调控制。

8、焊接机器人的系统通信以及网络监控。

五、焊接机器人的主要子系统

1、初始焊位识别与导引子系统。初始焊位导引子系统的任务就是通过视觉传感，在工作空间内拍摄焊件的图像，通过图像处理和立体匹配，提取焊缝的初始点在三维空间内的坐标，把这个结果传送给中央控制计算机，由服务器控制机器人的焊枪到达初始焊位准备焊接。

2、焊缝跟踪子系统。焊缝跟踪子系统的任务就是在机器人导引到初始焊接位置以后，通过视觉传感，在工作空间实时拍摄焊缝的图像，通过图像的处理，提取焊缝的中心点与焊枪尖端点在焊件平面内垂直投影点之间的距离和焊缝在图像上的走向，把这个结果传给服务器。由服务器根据标定结果，把这些变量以及机器人当前的姿态转化为机器人实际可控的变量，控制机器人的焊枪始终在焊缝正上方保持相同高度并沿着焊缝前进。

3、焊缝熔透实时控制子系统。利用摄像机在焊接弧光照射下直接获取机器人运动后方向的半部熔池变化图像，然后经特定设计的熔池图像处理算法提取熔池形状特征，通过中央控制机结合相应的工艺参数和预先设定的其他参数，调整机器人运动速度、姿态和送丝速度，实现对焊接熔池动态特征的实时监测、熔透与焊缝成形质量的智能控制。

4、离线编程与仿真子系统。机器人焊接离线编程与仿真技术是利用计算机图形学的成果在计算机中建立起机器人及其工作环境的模型，通过对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行编程，进而产生机器人程序。

5、知识库子系统。一般焊接机器人的智知识库子系统主要包括焊接工艺专家系统、各种材料焊接动态过程模型、焊接动态过程智能控制方法、机器人焊接系统信息管理、故障分析与焊接质量监测评定知识库等。

六、焊接机器人的优点

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。

七、焊接机器人生产线

焊接机器人生产线比较简单的是把多台工作站（单元）用工件输送线连接起来组成一条生产线。这种生产线仍然保持单站的特点，即每个站只能用选定的工件夹具及焊接机器人的程序来焊接预定的工件，在更改夹具及程序之前的一段时间内，这条线是不能焊其他工件的。

另一种是焊接柔性生产线（FMS-W）。柔性线也是由多个站组成，不同的是被焊工件都装卡在统一形式的托盘上，而托盘可以与线上任何一个站的变位机相配合并被自动卡紧。焊接机器人系统首先对托盘的编号或工件进行识别，自动调出焊接这种工件的程序进行焊接。这样每一个站无需作任何调整就可以焊接不同的工件。

八、总结

通过各个系统的协调工作，焊接机器人组成的现代化生产线提高了生产效率，改善工人劳动条件，降低对工人操作技术难度的要求，缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资以及使小批量产品的自动化焊接生产成为了可能。