焊接机器人操作技术第1章 工业机器人概述
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二、转轴自动焊接工作站 1．简介 转轴自动焊接工作站用于以转轴为基体（上置若干悬臂）的各类
工件的焊接，它由焊接机器人、回转双工位变位机（若干个工位） 及工装夹具组成，在同一工作站内通过使用不同的夹具可实现多 品种的转轴自动焊接，焊接的相对位置精度很高。 2．技术指标 转轴直径：10～50mm，长度300～900mm，焊接速度3～ 15mm/s，焊接工艺采用MAG混合气体保护焊，变位机回转，变 位精度达0.05mm。 3．应用领域 可广泛应用于高质量、高精度的以转轴为基体的各类工件焊接。
2．弧焊工艺对机器人的基本要求 （1）弧焊机器人除在做“之”字形拐角焊
或小直径圆焊缝焊接时，其轨迹应贴近示 教的轨迹。
（2）具备不同摆动样式的软件功能，供编
1.2.1 弧焊机器人
（3）还应有接触寻位、自动寻找焊缝起点 位置、电弧跟踪及自动再引弧等功能。
（4）在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊 道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此 运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两 项重要指标。
（4）按用途分为弧焊机器人和点焊机器人两 种。
（5）按执行机构运动的控制机能，又可分点 位型和连续轨迹型。
1.1.2 机器人系统的基本构成
1. 机械主体 通常由机器人基座、关节、末端执行器等部
分组成。
1.1.2 机器人系统的基本构成
2．感测器（传感器系统） 内部传感器用来检测自身状态信息，主要是
最新的机器人控制柜可以是两台机器人的 组合，做12个轴协调运动。其中一台是焊
1.1.4 Hale Waihona Puke Baidu接机器人系统
2．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。
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 条线是不能用来焊其他工件的。
1.1.4 焊接机器人系统
3．焊接柔性生产线（FMS-W）
1.2 焊接机器人
1.2.1 弧焊机器人 1.2.2 点焊机器人
1.2.1 弧焊机器人
1．弧焊机器人的特点 工具中心点（TCP），也就是焊丝端头的
运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精 确控制，还必须具备一些适合弧焊要求的 功能。
SCARA机器人
SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文译名：选择 顺应性装配机器手臂）是一种圆柱坐标型 的特殊类型的工业机器人 。
SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相 互平行，在平面内进行定位和定向。另一 个关节是移动关节，用于完成末端件在垂 直于平面的运动。结构轻便、响应快，比 一般关节式机器人快数倍。最适用于平面 定位，垂直方向进行装配的作业。
一般情况下，焊接速度约取5～50mm/s， 轨迹精度约为±（0.2～0.5）mm，由于焊 枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此， 希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调 范围尽量大。
1.2.1 弧焊机器人
3．弧焊机器人组成
1.2.1 弧焊机器人
2．弧焊机器人焊接系统 （1）机器人用弧焊电源 目前，机器人专用逆变式弧焊电源大部分
机器人结构类型
说明
直角坐标机器人
手臂具有三个棱柱关节， 其轴线按直角坐标配置， 运动学模型简单直观， 需要较大的操作空间， 多做成大型龙门式或框 架式机器人
圆柱坐标机器人
手臂至少有一个回转关 节和一个棱柱关节，其 轴线按圆柱坐标配置， 运动学模型简单直观， 易于进入开口部分
极坐标机器人
关节机器人
SCARA机器人 (圆柱坐标型机器人)
1.1.4 焊接机器人系统
1．焊接机器人工作站
变位机与机器人可以是分别运动的，即变 位机变位后机器人再焊接；
还可以是同时运动的，即变位机一边变位， 机器人一边焊接，也就是常说的变位机与 机器人协调运动。实际上，这时变位机的 轴已成为机器人的组成部分，这种焊接机 器人系统可以有多达7～20个轴，或者更多。
位置、速度、加速度等传感器，并且作为反 馈信号构成伺服控制。
外部传感器用来检测机器人作业对象和作业 环境信息的传感器。
3．驱动系统 机器人常采用的关节驱动装置有电力驱动装
置、液压驱动装置和气动驱动装置。
1.1.2 机器人系统的基本构成
4．控制器 通过输入设备接收人或其他控制系统的命令，经过运算来控制和协调机器人每个
1978年，日本山梨大学牧野洋发明 SCARA，该机器人具有四个轴和四个运 动自由度，(包括沿X,Y,Z方向的平移和绕Z 轴的旋转自由度
1.1.1 工业机器人种类
（2）按机器人的控制方式分类，分为非伺服 机器人和伺服控制机器人。
（3）按机器人的智能程度分类，分为一般机 器人（不具有智能，只具有一般编程能力操 作功能）和智能机器人（具有不同程度的智 能）。
第1章 焊接机器人概 述
1.1 工业机器人 1.2 焊接机器人
1.1 工业机器人
1.1.1 工业机器人种类 1.1.2 机器人系统的基
本构成 1.1.3 工业机器人应用 1.1.4 焊接机器人系统
1.1.1 工业机器人种类
（1）按机器人机械手的几何结构来分类，
见表名1-1称。
独立布置在弧焊机器人系统里，也有一些 集成在机器人控制器中。 （2）弧焊机器人焊缝跟踪传感器
传感器类型
手臂有两个回转关节和 一个棱柱关节，其轴线 按极坐标配置，运动学 模型较复杂，占用空间 较小，操作范围大且灵 活
手臂具有三个回转关节， 具有最好的操作灵活性 和可达性，工作空间大， 运动学模型较复杂，视 觉上不直观，结构刚度 较差
它有三个旋转关节和一 个移动关节，为水平关 节型结构，柔顺性好， 能够实现高精度和高速 度运动
关节的运动位置、速度，指挥机器人的机座、关节及手爪执行作业
图1-3 机器人控制 系统的控制原理
图1-4 机器人控制系统的组成框图
1．1．3 工业机器人应用
一、机器人焊接工作站
a) 车桥机器人焊接工作站
b) 开关柜壳体焊接工作站
c) 悬挂式机器人焊接工作站
d) 工程机械行业焊接工作站
1．1．3 工业机器人应用
工件的焊接，它由焊接机器人、回转双工位变位机（若干个工位） 及工装夹具组成，在同一工作站内通过使用不同的夹具可实现多 品种的转轴自动焊接，焊接的相对位置精度很高。 2．技术指标 转轴直径：10～50mm，长度300～900mm，焊接速度3～ 15mm/s，焊接工艺采用MAG混合气体保护焊，变位机回转，变 位精度达0.05mm。 3．应用领域 可广泛应用于高质量、高精度的以转轴为基体的各类工件焊接。
2．弧焊工艺对机器人的基本要求 （1）弧焊机器人除在做“之”字形拐角焊
或小直径圆焊缝焊接时，其轨迹应贴近示 教的轨迹。
（2）具备不同摆动样式的软件功能，供编
1.2.1 弧焊机器人
（3）还应有接触寻位、自动寻找焊缝起点 位置、电弧跟踪及自动再引弧等功能。
（4）在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊 道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此 运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两 项重要指标。
（4）按用途分为弧焊机器人和点焊机器人两 种。
（5）按执行机构运动的控制机能，又可分点 位型和连续轨迹型。
1.1.2 机器人系统的基本构成
1. 机械主体 通常由机器人基座、关节、末端执行器等部
分组成。
1.1.2 机器人系统的基本构成
2．感测器（传感器系统） 内部传感器用来检测自身状态信息，主要是
最新的机器人控制柜可以是两台机器人的 组合，做12个轴协调运动。其中一台是焊
1.1.4 Hale Waihona Puke Baidu接机器人系统
2．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。
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 条线是不能用来焊其他工件的。
1.1.4 焊接机器人系统
3．焊接柔性生产线（FMS-W）
1.2 焊接机器人
1.2.1 弧焊机器人 1.2.2 点焊机器人
1.2.1 弧焊机器人
1．弧焊机器人的特点 工具中心点（TCP），也就是焊丝端头的
运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精 确控制，还必须具备一些适合弧焊要求的 功能。
SCARA机器人
SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文译名：选择 顺应性装配机器手臂）是一种圆柱坐标型 的特殊类型的工业机器人 。
SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相 互平行，在平面内进行定位和定向。另一 个关节是移动关节，用于完成末端件在垂 直于平面的运动。结构轻便、响应快，比 一般关节式机器人快数倍。最适用于平面 定位，垂直方向进行装配的作业。
一般情况下，焊接速度约取5～50mm/s， 轨迹精度约为±（0.2～0.5）mm，由于焊 枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此， 希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调 范围尽量大。
1.2.1 弧焊机器人
3．弧焊机器人组成
1.2.1 弧焊机器人
2．弧焊机器人焊接系统 （1）机器人用弧焊电源 目前，机器人专用逆变式弧焊电源大部分
机器人结构类型
说明
直角坐标机器人
手臂具有三个棱柱关节， 其轴线按直角坐标配置， 运动学模型简单直观， 需要较大的操作空间， 多做成大型龙门式或框 架式机器人
圆柱坐标机器人
手臂至少有一个回转关 节和一个棱柱关节，其 轴线按圆柱坐标配置， 运动学模型简单直观， 易于进入开口部分
极坐标机器人
关节机器人
SCARA机器人 (圆柱坐标型机器人)
1.1.4 焊接机器人系统
1．焊接机器人工作站
变位机与机器人可以是分别运动的，即变 位机变位后机器人再焊接；
还可以是同时运动的，即变位机一边变位， 机器人一边焊接，也就是常说的变位机与 机器人协调运动。实际上，这时变位机的 轴已成为机器人的组成部分，这种焊接机 器人系统可以有多达7～20个轴，或者更多。
位置、速度、加速度等传感器，并且作为反 馈信号构成伺服控制。
外部传感器用来检测机器人作业对象和作业 环境信息的传感器。
3．驱动系统 机器人常采用的关节驱动装置有电力驱动装
置、液压驱动装置和气动驱动装置。
1.1.2 机器人系统的基本构成
4．控制器 通过输入设备接收人或其他控制系统的命令，经过运算来控制和协调机器人每个
1978年，日本山梨大学牧野洋发明 SCARA，该机器人具有四个轴和四个运 动自由度，(包括沿X,Y,Z方向的平移和绕Z 轴的旋转自由度
1.1.1 工业机器人种类
（2）按机器人的控制方式分类，分为非伺服 机器人和伺服控制机器人。
（3）按机器人的智能程度分类，分为一般机 器人（不具有智能，只具有一般编程能力操 作功能）和智能机器人（具有不同程度的智 能）。
第1章 焊接机器人概 述
1.1 工业机器人 1.2 焊接机器人
1.1 工业机器人
1.1.1 工业机器人种类 1.1.2 机器人系统的基
本构成 1.1.3 工业机器人应用 1.1.4 焊接机器人系统
1.1.1 工业机器人种类
（1）按机器人机械手的几何结构来分类，
见表名1-1称。
独立布置在弧焊机器人系统里，也有一些 集成在机器人控制器中。 （2）弧焊机器人焊缝跟踪传感器
传感器类型
手臂有两个回转关节和 一个棱柱关节，其轴线 按极坐标配置，运动学 模型较复杂，占用空间 较小，操作范围大且灵 活
手臂具有三个回转关节， 具有最好的操作灵活性 和可达性，工作空间大， 运动学模型较复杂，视 觉上不直观，结构刚度 较差
它有三个旋转关节和一 个移动关节，为水平关 节型结构，柔顺性好， 能够实现高精度和高速 度运动
关节的运动位置、速度，指挥机器人的机座、关节及手爪执行作业
图1-3 机器人控制 系统的控制原理
图1-4 机器人控制系统的组成框图
1．1．3 工业机器人应用
一、机器人焊接工作站
a) 车桥机器人焊接工作站
b) 开关柜壳体焊接工作站
c) 悬挂式机器人焊接工作站
d) 工程机械行业焊接工作站
1．1．3 工业机器人应用