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

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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的一种高新技术。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, 到现在的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的加工手段, 焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响, 同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在, 焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发展, 实现焊接产品制造的自动化、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的主要标志。二、焊接机器人目前的使用情况

我国焊接机器人的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的最大用户, 也就是最早的用户。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的焊接。一汽公司就是我国最早引进焊接机器人的企业, 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”轿车的车身焊接与“解放牌”车身顶盖的焊接。 1986 年成功地将焊接

机器人应用于前围总成的焊接, 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, 虽然就是国外的二手设备, 但其焊接自动化程度与装备水平让我们认识到了与国外的巨大差距。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 年代以来的技术引进与生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的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的高速发展带动了工程机械行业的繁荣, 工程机械行业也成为较早引入焊接机器人的行业之一。近年来随着我国经济的高速发展, 能源的大量需求, 与能源相关的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

地铁等需求量的不断增加以及列车提速的需求, 机器人的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的焊接机器人占全部焊接机器人的 76％。在汽车行业中点焊机器人与弧焊机器人的比例为 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。目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系与国产三类。日系中主要有安川、 OTC、松下、 FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国 KUKA、CLOOS, 瑞典 ABB, 意大利 COMAU 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的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, 进口机器人的价格大幅度降低, 从 7～8 万美元／台降低到 2～3 万美元／台, 使我国自行制造的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的初期, 没有同步发展相应的零部件产业, 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的发展。对于机器人的最大用户———一汽白车身生产厂来说, 几乎所有的装备都就是从国外引进, 国产机器人找不到表演的

舞台。

(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的差距。国外工业机器人就是个非常成熟的工业产品, 经历了 30 多年的发展历程, 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的生产状态。(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的支持。焊接机器人就是个机电一体化的高技术产品, 单靠企业的自身能力就是不够的, 需要政府对机器人生产企业与使用国产机器人系统的企业给予一定的政策与资金支持, 加速我国国产机器人的发展。

3 、焊接机器人技术的研究现状

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的高新技术。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的基本组成。

世界各国生产的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的空间位置,而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。焊接机器人本体的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)结构的主要优点就是上、下臂的活动范围大,

使

焊接机器人示意图

机器人的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,方便地面物件的流动。但就是这种侧置式机器人,2、3轴为悬臂结构,降低机器人的刚度,一般适用于载较小的机器人,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的。拉杆与下臂组成一个平行四边形的两条边。故而得名。早期开发的平行四边形机器人工作空间比较小(局限于机器人的前部),难以倒挂工作。但80年代后期以来开发的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的顶部、背部及底部,又没有测置式机器人的刚度问题,从而得到普遍的重视。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的机器人。上述两种机