一．焊接機(jī)器人
　　焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的定義总寻，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的谤草、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)（Manipulator），具有三個(gè)或更多可編程的軸抬吟，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域萨咕。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口火本，通常是一個(gè)連接法蘭危队，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的钙畔，使之能進(jìn)行焊接茫陆，切割或熱噴涂。
　　1. 焊接機(jī)器人的組成
　　焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分埂荤。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成毛围。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例屁蕾，則由焊接電源沸恤，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）棉玻、焊槍（鉗）等部分組成泣储。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等坝亿。圖1a屋廓、b表示弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人的基本組成。
　　2．焊接用機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式及性能
　　世界各國(guó)生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)式機(jī)器人灰囤，絕大部分有6個(gè)軸属诀。其中，1锐拟、2秉扑、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4调限、5舟陆、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為平行四邊形結(jié)構(gòu)耻矮，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)秦躯，如圖2a忆谓、b所示。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是上踱承、下臂的活動(dòng)范圍大倡缠，使機(jī)器人的工作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體。因此茎活，這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作昙沦，以節(jié)省占地面積，方便地面物件的流動(dòng)载荔。但是這種側(cè)置式機(jī)器人盾饮，2、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)懒熙，降低機(jī)器人的剛度推妈，一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人，用于電弧焊滩扩、切割或噴涂。平行四邊形機(jī)器人其上臂是通過(guò)一根拉桿驅(qū)動(dòng)的笆滓。拉桿與下臂組成一個(gè)平行四邊形的兩條邊槽顶。故而得名。早期開(kāi)發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較谐醴省（局限于機(jī)器人的前部）昭淋，難以倒掛工作。但80年代后期以來(lái)開(kāi)發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人午螺，已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部墓枝、背部及底部，又沒(méi)有測(cè)置式機(jī)器人的剛度問(wèn)題跷它，從而得到普遍的重視容且。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人。近年來(lái)點(diǎn)焊用機(jī)器人（負(fù)載100～150kg）大多選用平行四邊形結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人唾诺。
　　上述兩種機(jī)器人各個(gè)軸都是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)亮隙，故采用伺取電機(jī)通過(guò)擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅(qū)動(dòng)。在80年代中期以前垢夹，對(duì)于電驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人都是用直流伺服電機(jī)溢吻，而80年代后期以來(lái)，各國(guó)先后改用交流伺服電機(jī)果元。由于交流電機(jī)沒(méi)有碳刷促王，動(dòng)特性好，使新型機(jī)器人不僅事故率低而晒，而且免維修時(shí)間大為增長(zhǎng)蝇狼，加（減）速度也快阅畴。一些負(fù)載16kg以下的新的輕型機(jī)器人其工具中心點(diǎn)（TCP）的最高運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)3m/s以上，定位準(zhǔn)確题翰，振動(dòng)小恶阴。同時(shí)，機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法豹障，使之具有自行優(yōu)化路徑的功能冯事，運(yùn)行軌跡更加貼近示教的軌跡，如圖3所示称侣。
　　3．點(diǎn)焊機(jī)器人的特點(diǎn)
　∴诎ぁ（1）點(diǎn)焊機(jī)器人的基本功能 點(diǎn)焊對(duì)所用的機(jī)器人的要求是不很高的。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制赁挚，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求逮弛。這也是機(jī)器人最早只能用于點(diǎn)焊的原因。點(diǎn)焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力照腐，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷鞋会，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確贿册，以減少移位的時(shí)間填杀，提高工作效率。點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力睦忘，取決于所用的焊鉗形式焦厘。對(duì)于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了砖啄。但是绽脏，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長(zhǎng)，電能損耗大蒸甜，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接棠耕；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而不停擺動(dòng)，電纜的損壞較快迅皇。因此昧辽，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質(zhì)量在70kg左右登颓〗淋瘢考慮到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接框咙，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人咕痛。為了適應(yīng)連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能。這對(duì)電機(jī)的性能茉贡，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求塞栅。
　　（2）點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備 點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備腔丧，由于采用了一體化焊鉗放椰，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以變壓器必須盡量小型化曹胚。對(duì)于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流玲禾，而對(duì)于容量較大的變壓器，已經(jīng)開(kāi)始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流济谢，使變壓器的體積減少盏掉、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接情腥，也可以再進(jìn)行二次整流毙向，用直流電焊接。焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)辰张，參見(jiàn)圖1b形负。新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器欢巡，無(wú)需另配接口失欢。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗，通常用氣動(dòng)的焊鉗斑卤，氣動(dòng)焊鉗兩個(gè)電極之間的開(kāi)口度一般只有兩級(jí)沖程。而且電極壓力一旦調(diào)定后是不能隨意變化的潭千。近年來(lái)出現(xiàn)一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗谱姓，如圖4所示。焊鉗的張開(kāi)和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刨晴，碼盤反饋屉来，使這種焊鉗的張開(kāi)度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置。而且電極間的壓緊力也可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)狈癞。這種新的電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　1）每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低茄靠，因?yàn)楹搞Q的張開(kāi)程度是由機(jī)器人精確控制的，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過(guò)程蝶桶、焊鉗就可以開(kāi)始閉合慨绳；而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開(kāi)真竖，機(jī)器人就可以一邊位移脐雪，不必等機(jī)器人到位后焊鉗才閉會(huì)或焊鉗完全張開(kāi)后機(jī)器人再移動(dòng)；
　　2）焊鉗張開(kāi)度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整恢共，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少?gòu)堥_(kāi)度战秋，以節(jié)省焊鉗開(kāi)度璧亚，以節(jié)省焊鉗開(kāi)合所占的時(shí)間。
　　3）焊鉗閉合加壓時(shí)辟堡，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)价岭，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲触晃。
　　4．弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)
　∪咭鳌（1）弧焊用機(jī)器人的基本功能 弧焊過(guò)程比點(diǎn)焊過(guò)程要復(fù)雜得多，工具中心點(diǎn)（TCP）脚们，也就是焊絲端頭的運(yùn)動(dòng)軌跡房贮、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制鳖路。所以殊蜓，弧焊用機(jī)器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能盏萝。
　　雖然從理論上講寂贱，有5個(gè)軸的機(jī)器人就可以用于電弧焊，但是對(duì)復(fù)雜形狀的焊縫澡呼，用5個(gè)軸的機(jī)器人會(huì)有困難滋饲。因此，除非焊縫比較簡(jiǎn)單喊巍，否則應(yīng)盡量選用6軸機(jī)器人屠缭。
　　弧焊機(jī)器人除前面圖2提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時(shí)，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外崭参，還應(yīng)具備不同擺動(dòng)樣式的軟件功能呵曹，供編程時(shí)選用，以便作擺動(dòng)焊何暮，而且擺動(dòng)在每一周期中的停頓點(diǎn)處奄喂，機(jī)器人也應(yīng)自動(dòng)停止向前運(yùn)動(dòng)，以滿足工藝要求海洼。此外跨新，還應(yīng)有接觸尋位、自動(dòng)尋找焊縫起點(diǎn)位置坏逢、電弧跟蹤及自動(dòng)再引弧功能等域帐。
　　（2）弧焊機(jī)器人用的焊接設(shè)備 弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG是整、MIG摇致、TIG），通常的晶閘管式、逆變式肯仍、波形控制式妈扁、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制景捅，而焊接電源多為模擬控制粘胧，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口。近年來(lái)赚懊，國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備诅潮，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板、所以在圖1a中的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒(méi)有附加接口箱你朝。應(yīng)該指出胜全，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)爪只，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來(lái)確定電源的容量琅功。
　　送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上，也可以放在機(jī)器人之外先嬉，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短轧苫，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長(zhǎng)疫蔓，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置含懊，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量衅胀。所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問(wèn)題止骨。
　　二．焊接機(jī)器人的應(yīng)用
　　國(guó)際上80年代是焊接機(jī)器人在生產(chǎn)中應(yīng)用發(fā)展最快的10年陪罕。我國(guó)工廠從90年代開(kāi)始做鹰，應(yīng)用焊接機(jī)器人的步伐也顯著加快努隙。應(yīng)該明確，焊接機(jī)器人必須配備相應(yīng)的外圍設(shè)備組成一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)才有意義哀九。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的焊接機(jī)器人系統(tǒng)有如下幾種形式：
　　1. 焊接機(jī)器人工作站（單元）
如果工件在整個(gè)焊接過(guò)程中無(wú)需變位，就可以用夾具把工件定位在工作臺(tái)面上搅幅，這種系統(tǒng)既是最簡(jiǎn)單不過(guò)的了阅束。但在實(shí)際生產(chǎn)中，更多的工件在焊接時(shí)需要變位茄唐，使焊縫處在較好的位置（姿態(tài)）下焊接伴严。對(duì)于這種情況，變位機(jī)與機(jī)器人可以是分別運(yùn)動(dòng)辐芍，即變位機(jī)變位后機(jī)器人再焊接贡垃；也可以是同時(shí)運(yùn)動(dòng)，即變位機(jī)一邊變位，機(jī)器人一邊焊接令久，也就是常說(shuō)的變位機(jī)與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)肥册。這時(shí)變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)復(fù)合，使焊槍相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態(tài)的要求沧唧。實(shí)際上這時(shí)變位機(jī)的軸已成為機(jī)器人的組成部分严荷，這種焊接機(jī)器人系統(tǒng)可以多達(dá)7-20個(gè)軸，或更多叫砚。最新的機(jī)器人控制柜可以是兩臺(tái)機(jī)器人的組合作12個(gè)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)啼康。其中一臺(tái)是焊接機(jī)器人、另一臺(tái)是搬運(yùn)機(jī)器人作變位機(jī)用铡涣。
　　2. 焊接機(jī)器人生產(chǎn)線
焊接機(jī)器人生產(chǎn)線比較簡(jiǎn)單的是把多臺(tái)工作站（單元）用工件輸送線連接起來(lái)組成一條生產(chǎn)線凑逗。這種生產(chǎn)線仍然保持單站的特點(diǎn)，即每個(gè)站只能用選定的工件夾具及焊接機(jī)器人的程序來(lái)焊接預(yù)定的工件否淤，在更改夾具及程序之前的一段時(shí)間內(nèi)悄但，這條線是不能焊其他工件的。
　　另一種是焊接柔性生產(chǎn)線（FMS-W）叹括。柔性線也是由多個(gè)站組成算墨，不同的是被焊工件都裝卡在統(tǒng)一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個(gè)站的變位機(jī)相配合并被自動(dòng)卡緊汁雷。焊接機(jī)器人系統(tǒng)首先對(duì)托盤的編號(hào)或工件進(jìn)行識(shí)別净嘀，自動(dòng)調(diào)出焊接這種工件的程序進(jìn)行焊接。這樣每一個(gè)站無(wú)需作任何調(diào)整就可以焊接不同的工件侠讯。焊接柔性線一般有一個(gè)軌道子母車挖藏，子母車可以自動(dòng)將點(diǎn)固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機(jī)器人工作站的變位機(jī)上厢漩。也可以從工作站上把焊好的工件取下膜眠，送到成品件流出位置。整個(gè)柔性焊接生產(chǎn)線由一臺(tái)調(diào)度計(jì)算機(jī)控制溜嗜。因此宵膨，只要白天裝配好足夠多的工件，并放到存放工位上丢墅，夜間就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人生產(chǎn)了兔憨。
　　工廠選用哪種自動(dòng)化焊接生產(chǎn)形式，必須根據(jù)工廠的實(shí)際情況及素要而定莽简。焊接專機(jī)適合批量大扶楣，改型慢的產(chǎn)品，而且工件的焊縫數(shù)量較少淹宽、較長(zhǎng)睬毒，形狀規(guī)矩（直線矿钩、圓形）的情況；焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中遣株、小批量生產(chǎn)蛀家，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復(fù)雜陋疑。柔性焊接線特別適合產(chǎn)品品種多畅廷，每批數(shù)量又很少的情況，目前國(guó)外企業(yè)正在大力推廣無(wú)（少）庫(kù)存泉钮，按訂單生產(chǎn)（JIT）的管理方式麸塞，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適的。

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