对焊接机器人重要技术的分析

对焊接机器人重要技术的分析
【摘要】焊接时制造业中传统的，重要的加工工艺方法之一，广泛的应用于机械制造航空航天，能源交通，石油化工，建筑以及电子行业。

随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化，智能化，柔性化与智能化已经竟成为必然趋势。

目前，采用机器人焊接已经成为焊接自动化技术现代化的主要标志。

由于焊接机器人具有通用性强、工作可靠的优先，因此受到人们越来越多的重视。

在焊接生产中采用机器人技术可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接的质量、实现小批量产品的焊接自动化。

【关键词】制造技术；焊接；自动化；机器人
一、工艺对焊接机器人的基本要求
焊接机器人是典型的工业机器人。

在实际焊接中，弧焊机器人仰面要高精度的移动焊枪沿着焊缝运动并保证焊枪的姿态，另一方面在运动中不断协调焊接参数。

焊接工艺对焊接机器人的基本要求可归纳如下：（1）具有高度灵活的运动系统。

能保证焊枪实现各种空间轨迹的运动，并能在运动中不断调整焊枪的空间姿态，因此，运动系统最少需要具有5～6个自由度。

（2）具有高精度的控制系统。

其定位精确，对点焊机器人应该达到±1mm，对弧焊机器人应该至少达到±0.5mm，其中参数控制精度应该达到1%。

（3）其示教记忆的容量至少能保证机器人能够连续工作1小时。

对点焊机器人应该至少储存200～1000个位置点，对弧焊机器人应至少储存5000～10000个点位。

（4）可设置和再现与运动相联系的焊接参数，并能
和焊接辅助设备交换到位信息。

二、焊接机器人的速度雅克比与速度分析
（1）焊接机器人可以简单地理解为焊接用机械手，和一般工业机器人相似。

对于n自由度的机器人的情况，关节变量可以把广义关节变量q表示为[q1 q2…qn]t。

当关节为转换关节时qi=θi，当关节位移动关节时qi=di，dq=[dq1 dq2…dqn]t，反映了关节的微小运动。

机器人末端在操作空间的位置和方式可用末端手抓的位置x 来表示，它是关节变量的函数x=x（q）。

函数x是一个6维列向量dx=[q1 q2…qn]t[dx，dy，dz，δφy，δφz]t，反映了操作空间的微小运动。

它由机器人末端微小线位移和微小角位移组成的，可表示为：dx=j（q）dq。

式子中，j是6*n的偏导数矩阵，成为n自由度机器人速度雅克比矩阵。

它的第i行第j列的元素为：j■=■（i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，3…n）。

（2）焊接机器人的速度分析。

对dx=j（q）dq左右两边各除以dt：■=j（q）■，或者v=j （q）■。

v代表机器人末端在操作空间中的广义速度，■代表机器人关节在关节空间中的关节速度。

所以：■=j-1v。

j-1称为机器人的逆速度雅克比。

三、激光/电弧复合焊接技术
激光/电弧复合焊接技术是激光焊接与气体保护焊的联合，两种焊接热源同时作用于一个焊接熔池。

随着激光器和电弧焊设备性能的提高，以及激光器价格的不断降低，同时为了满足生产的迫切需求，激光/电弧复合焊接技术近年来成为焊接领域最重要的研究课题之
一。

激光/电弧复合焊接技术之所以受到青睐是由于其兼各热源之长而补各自之短，具有1+1>2或更多的“协同效应”。

与激光焊接相比，对装配间隙的要求降低，因而降低了焊前工件制备成本；另外由于有填充焊丝消除了激光焊接时存在的固有缺陷，焊缝更加致密。

与电弧焊相比提高了电弧的稳定性和功率密度，提高了焊接速度和焊缝熔深，热影响区变小，降低了工件的变形，消除了起弧时的熔化不良缺陷。

在这点上特别适合铝及其合金的焊接。

激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的重大发展，焊接同样板厚的材料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企业的投资成本，该技术的发展对推动激光焊接的普及将起重要的作用。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）工业机
器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。

（2）机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。

（3）工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

参考文献
[1]张根宝.自动化制造系统[m].机械工业出版社
[2]沈其文.材料成型工艺技术[m].华中科技大学出版。