国产焊接机器人的应用与案例.

一、前景:

1.1 低成本竞争的加剧，环境法规的日趋严格，以及从业人员生产技能的降低，致使制造商承受着越来越大的压力。此外，制造商还面临提高生产力、产品质量及安全水平的挑战。在这种形式下，采取可持续的制造解决方案是一条成本效益显著的途径，可实现经济效益、环境效益乃至工厂总体绩效的全面改善。由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中工业机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在制造行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的焊接、搬运、装卸，尤其是在工作环境高温辐射恶劣焊接使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把焊机设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。

1.2焊接机械手应用及发展现状和趋势

目前，我国大多数工厂的生产线上工件的焊接成型仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危

险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合加工工件的实际结构，利用机械手技术，设计用一台焊接机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与焊接辅机组合最终形成焊接生产工作站，实现加工过程的自动化和无人化。目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：

a．机械结构向模块化、可重构化发展。

b．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化、智能化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。

c．支持各种焊接工艺（氩弧焊接,CO2焊接等）。

1.支持示教编辑，编程更方便。

2.XYZU动作及其各气动部件逻辑关系清晰明了，轴及IO

可独立或并联控制（支持直线、圆弧插补功能）。

3：完善的工艺设置参数及指令集，系统运行更平滑顺畅。本系统支持直线,圆弧,螺旋, 三轴空间圆弧插补,四轴空间圆弧插补，支持三轴圆弧跟随U轴，摆焊。2路0-10V电压信号输出。8路0-10v电压输入。跟多电压输出要求.可以扩展。

4：控制系统经过严格多项可靠性测试，如EFT（电快速瞬变

/脉冲群）、EMC（电磁兼容性）、ESD（静电放电测试）、高低温、震动、跌落等。

二、成本及收益：

以现有客户实际应用为例：

a:目前焊接工人平均5000元/月计算，一人操作1台焊机，3班制：人工一年费用：5000元×9（人）×12（月）=540000元。

b:采用焊接机械手后一人台机械手工作效率相当于3-5名焊接熟手甚至更多，且普通人员一周即可熟悉使用焊接机械手了，不需专业人员。采用机械手节省费用：（5000*9*12）-（5000*3*12）=360000元

C:半年即可收回机械手的成本投入，又解决用工难，人员流动性大的问题。

三、广州沃玛四轴焊接机械手

主要技术参数：

前端为机械手焊接辅机：将待焊接的工件水平摆放在辅机上，通过尾座压紧工件，工件焊缝起点需要放置在机械手模拟示教的路径原点上（类似数控加工对原点一个原理）。此方案可以实现环缝、直缝、复杂空间路径氩弧、CO2焊接工艺。做复杂路径焊接时，只需要让机械手在工件的需焊接位置模拟行走一遍，就可以自动生成工件的加工路径文件，文件还可以用U盘进行导出。

1、采用进口伺服电机作驱动。传动丝杆导轨、夹具气动元

件均用进口产品，以保证机械手的低故障率。

2、焊接机械手辅助机械也是采用伺服定位控制，自动进行

工件翻转变位等。

3、采用落地式安装，大大提高了机器的灵活性。

3.2机械手核心控制系统：

用户操作系统屏（界面自主开发）

我司自主研发机械手核心运动控制系统

系统以高速高精度指标为要求，分析系统的传动链动态特征，对影响这些动态特性的参数进行相关性及敏感性分析，采用多目标优化算法优化结构及尺寸参数。用有限元思想建立交流伺服电机-机器人弹性部件系统的动态耦合模型，并根据该模型计算、分析系统的动态响应。采用有效的轨迹规划算法和振动抑制算法来合理的提高机器人的速度。采用IPC+控制卡开放式控制结构，基于windows的友好人机界面接口，方便易用的编程示教系统，使机器人的各项性能指标达到国际先进水平。

机器特点：

1、采用示教型编程方式，只要用手动按焊接轨迹走一次，系统自动记录焊接轨迹。大大节省编程时间，学习简单。

2、控制系统采用日本专用运动控制芯片技术可实现4-8轴联动，高速运行时稳定性高。

3、执行部分采用交流伺服电机或，实现高精度、高速运行、稳定性高等特点。

4、传动部分采用精密滚珠丝杆提高了重复定位精度和使用寿命。

5、导轨采用进口直线导轨，提高重复定位精度和使用寿命和降低机器噪音。

6、安装方式采用落地式安装，大大提高了机器的灵活性。

7、机器操作简单稳定性高，只需普通工人就能够操作，无需专业焊工。

8、该焊接机械手的价格只是进口机械手的30%大大降低的使用成本，是真正用的起的机械手。

二、系统基本参数

1、示教、手动编程；点动功能；支持步进驱动器或伺服驱动器

2、示教速度：高速、中速、低速、微动，24路输入端口，12路输出端口

3、系统默认128M加工文件内存；100个调用子函数，可根据自己的要求自行设定加工名，支持U盘导入\导出加工文件。

4、空移速度，加工速度，加速度，回原点速度，示教速度，回原点各轴顺序\方向均设定。

5、直线插补、圆弧插补、螺旋插补、空间圆弧、椭圆插补、椭圆螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟踪、运动叠加、虚拟轴、硬件位置锁存、位置比较输出、连续插补、速度前瞻、运动暂停、动态变速、动态修改目标位置、动态修改坐标等。