机器人焊接技术

点焊机器人
Leabharlann Baidu焊接自动化技术及其应用
第六章 机器人焊接技术
弧焊机器人的特点:
弧焊过程比点焊过程要复杂得 多，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。 弧焊用机器人除了前面所述的 一般功能外，还必须具备一些适合 弧焊要求的功能。 理论上讲，5个轴的机器人就 可以用于电弧焊，但对复杂形状的 焊缝，5个轴的机器人会有困难。 因此，除非焊缝比较简单，否则应 尽量选用6轴机器人。
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第六章 机器人焊接技术
2、焊接机器人的分类与特点
工艺分类： 点焊机器人和弧焊机器人。 移动方式: 固定机器人和移动机器人
点焊机器人
弧焊机器人
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第六章 机器人焊接技术
点焊机器人的特点:
因为点焊只需点位控制，至 于焊钳在点与点之间的移动轨迹 没有严格要求。这也是机器人最 早只能用于点焊的原因。 点焊用机器人不仅要有足够 的负载能力，而且在点与点之间 移位时速度要快捷，动作要平 稳，定位要准确，以减少移位的 时间，提高工作效率。点焊机器 人需要有多大的负载能力。
材料加工自动化
----焊接自动化技术及其应用
主讲教师: 胡绳荪 教授
2012.5.
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材料加工自动化
第六章
机器人焊接技术
6.1 焊接机器人概论 6.2 机器人焊接基础 6.3 机器人焊接传感技术 6.4 机器人焊接应用
重点、难点： 焊接机器人基本概念； 焊接机器人系统； 弧焊机器人的示教与编程方法。
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第六章 机器人焊接技术
关节型工业机器人机械结构
机身（基座） 移动机器人的机身下部还有移动机构
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第六章 机器人焊接技术
5、工业机器人的常用术语 自由度（degree of freedom， DOF） ： 机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。
自由度表示了机器人动作灵 活的程度，用来描述一个物体在 三维空间的位置和姿态（建成位 姿）。 自由度是反映操作 机的通用性和适应性的 一项重要指标。 一般的焊接机器人 大多为4-6个自由度。已 能满足多种焊接的要求。
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第六章 机器人焊接技术 6.2 机器人焊接基础
1、焊接工艺对机器人的要求
焊接机器人能高精度地移动焊枪沿着焊缝运动并保证焊枪的姿 态；在运动中不断协调焊接工艺参数（如焊接电流、电压、速度、气 体流量、电极高度和送丝速度等）。 焊接机器人是一个能实现焊接最佳工艺运动和参数控制的综合 系统。它比一般通用机器人要复杂得多 。 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，运动系统至少具 有5～6个自由度。 2）具有高精度的控制系统。定位精度，点焊机器人应达到±1 毫米。 弧焊机器人应至少达到±0.5 毫米，其参数控制精度应达到1%。
按照应用领域划分： • • 工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。 特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机 器人、农业机器人、军用机器人等
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根据机器人的机构的分类 直角坐标系机器人（也称“机床型”）
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FANUC
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第六章 机器人焊接技术
3、机器人的基本构成
机器人
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机器人系统框图
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第六章 机器人焊接技术
4、通用的工业机器人系统结构 按其功能划分：机械手总成、控制器、示教系统
机械手总成：机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、 机器人臂、 关节、末端操作器、以及内部传感器等组成。 作用： 精确保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动。 控制器：机器人的神经中枢；由计算机硬件、软件和一些专用电路构成。 软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力 学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等。 作用：处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 示教系统：机器人与人的交互接口；示教过程中将控制机器人的全部动 作，并将其全部信息送入控制器存储器中；实质上是一个专用的智能终端。 作用：完成人机交互信息的传递。
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3、机器人焊接编程
在线编程（示教型）
机器人编程
离线编程 目前应用较多的是工业机器人仍然是第一代工业，即示教型机器人。 示教型机器人的基本工作原理：示教再现。 示教也称导引，即由操作人员导引机器人，一步步按实际任务操 作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、 运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。 完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示 教动作，一步步完成全部操作。这就是示教与再现。
工业机器人
工业机器人
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按照发展阶段对机器人的分类：
第一代机器人，也称示教再现型机器人。 第二代机器人，即带感觉的机器人。这种带感觉的机器人具有类似人的某 种感知功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比。 第三代机器人，也是我们机器人学中所追求的理想的最高级的阶段，叫智 能机器人。
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指令 控制器 伺服驱动 执行装置
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任务 示教 离线编程 传感器 第三个过程是机器人控制器将控制策略转化为驱动信号 驱动伺服电机，实现机器人高速度、高精度运动，以及焊接电 源输出所需要的焊接电流、电压等去完成指定的焊接任务。 最后一个过程则是机器人控制中的传感器承担的工作 通过传感器反馈，保证机器人正确地完成焊接作业，同时将各 种姿态反馈到控制器中，以便控制器实时监控整个系统工作的情况。 指令 控制器 伺服驱动 执行装置
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第六章 机器人焊接技术 6.1 焊接机器人概述
机器人是的一种高科技自动化生产设备。 机器人技术涉及力学、机械学、电气液压技术、自控技 术、传感技术和计算机等学科领域，是一门跨学科综合技术。 工业机器人是机器人的一个重要分支，它的特点是可通过 编程完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器 人各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性、机器作业的 准确性和在各种环境中完成作业的能力。
第六章 机器人焊接技术
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手操盒： 图形化界面； 所有指令都在操作盒上； 可以完成各种设置于操作。
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第六章 机器人焊接技术
手操盒上的按键主要有 3 类： 1) 示教功能键 如示教／再现、存入删除修改、检查、回零、直线插补、 圆弧插补等，为示教编程用。 2) 运动功能键 如x 向动、 y 向动、 z 向动、正／反向动、 1 ～ 6 关节 转动等，为操纵机器人示教用。 3) 参数设定键 如各轴速度设定、焊接参数设定、摆动参数设定等。
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第六章 机器人焊接技术
1、工业机器人定义与分类
是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具有一些与人或生物相 似的智力能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种 具有高度灵活性的自动化机器。 工业机器人分类 焊接机器人 装配机器人 码垛机器人 浇铸机器人 喷漆机器人 半导体材料加工用微型机器人
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极坐标系（球坐标）机器人
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圆柱坐标系机器人
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多关节机器人
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第六章 机器人焊接技术
按照受控运动方式划分： • 点位控制 Point to Point （PTP）型：点焊、搬运机器人 • 连续轨迹Continous Path 控制（CP）型：弧焊、喷漆机 器人 按驱动方式划分： • 电驱动（电动机），应用最多 • 气压驱动（压缩空气） • 液压驱动（重型机器人，如搬运、点焊机器人）
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第六章 机器人焊接技术
在线编程(on-line programming) (示教编程) 编程操作人员利用机器人本身或其运动学实物模型通过在线示教 的方式获取机器人运动轨迹的坐标位置及其手臂姿态参数，通过编程 示教盒输入机器人程序指令并完成程序的编辑、修改和调试。
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注意：包含最大稳定速度和最大允许的加减速度。
定位精度：机器人所持焊枪实际到达位置与目标位置之差 重复精度：机器人重复执行位置指令而引起的偏差大小 分辨率：机器人各轴能够实现的最小位移和转角
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工作空间（Working Space），机器人工作时，其腕轴交点能在空间 活动的范围。 重复位姿精度（Pose Repeatability），在同一条件下，重复N次所 测得的位姿一致程度。 轨迹重复精度（Path Repeatability），沿同一轨迹跟随N次，所测 得的轨迹之间的一致程度
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第六章 机器人焊接技术 6、工业机器人对加工技术的影响
优质、安全、高效 大大降低操作人员的劳动强度，替代熟练操作者 不仅大大提高生产自动化程度，而且会改变生产加工方式 使刚性自动化系统增加了柔性，改变了自动化系统结构 适于产品更新换代，形成“可重构”生产线 严酷环境下，操作人员的安全性提高、劳动环境得到改善 可以完成人不能完成的加工（如管道机器人）
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第六章 机器人焊接技术
3）示教记忆的容量至少能保证机器人能连续工作1小时。 对点焊机器人应至少存贮200～1000个点位置。 对弧焊机器人应至少能存贮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 （如夹具、转台等）交换到位信息。 5）可到位的工作空间。 6）其示教系统能够方便地对焊接机器人进行示教。使产生的主观误 差限制到很小的量值。 7）控制装置具有高抗干扰能力和可靠性。能在生产环境中正常工作， 其故障小于1次/1000小时。 8）具有可靠的自保护和自检查系统。例如，当焊丝或电极与工件“粘住” 时，系统能立即自动断电。又例如，焊接电源未接通或焊接电弧未建 立时机器人自动向前运动并自动再引弧。
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第六章 机器人焊接技术
位姿（Pose）：指工具的位置和姿态。 末端操作器（End Effector）： 位于机器人腕部末端，直接执行工作 要求的装置：夹持器、焊枪等 额定负载（Payload），也称为承载能力、持重； 工作范围内的任何位姿所能承受的最大载荷。 弧焊机器人：5～20kg 点焊机器人：50～200kg 工作范围：机器人手臂或焊接时，所能达到的空间区域 工作速度：机器人焊接时，焊枪单位时间内移动的距离或转动的角度
任务
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第六章 机器人焊接技术
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第六章 机器人焊接技术
任务 示教 离线编程 传感器 第一个过程(告诉机器人要做什么) 采用示教或离线仿真编程方法，给机器人焊接命令，包括焊接轨迹 和焊接姿态、焊接参数等. 示教:利用示教盒将机器人移动到作业位置，然后用机器人语言记 录这些位置的信息、运动形式、作业内容、焊枪姿态以及焊接参数等内 容；一般需要多个示教点。 第二个过程由机器人控制系统中的计算机部分完成 通过信息提取及处理，制定控制策略、进行机器人行走轨迹的规划、 焊接参数规划等。
弧焊机器人
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第六章 机器人焊接技术
移动式弧焊机器人
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第六章 机器人焊接技术
主要机器人生产厂家 日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等 美国：Adept等 欧洲：奥地利IGM、德国CLOOS、KUKA、瑞典ABB 韩国：HYUNDAI
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第六章 机器人焊接技术
2、弧焊机器人系统的基本构成 机器人、弧焊机及周边辅助装置
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第六章 机器人焊接技术
3、焊接机器人控制的基本原理
机器人工作过程及原理 告诉机器人要做什么； 机器人接受命令，并形成机器人工作的控制策略； 去完成规定的焊接； 保证正确完成焊接任务，焊接完成后应通报 示教 离线编程 传感器 指令 控制器 伺服驱动 执行装置