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)器人局限。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的定義旺胳，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作機(jī)（Manipulator）搔冈，具有三個(gè)或更多可編程的軸摇轨，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途肩菲，機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口翠坟，通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器犹佣。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）槍的雷倦，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂熟排。
　　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)備兩部分肺灭。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備筏餐，以弧焊及點(diǎn)焊為例开泽，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）魁瞪、送絲機(jī)（弧焊）穆律、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)导俘，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等峦耘。圖1a、b表示弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人的基本組成旅薄。
　　2．焊接用機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式及性能
　　世界各國生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)式機(jī)器人辅髓，絕大部分有6個(gè)軸。其中少梁，1洛口、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置凯沪，而4第焰、5、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求卫削。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)产贤，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)，如圖2a赌矩、b所示鹦房。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是上娇晦、下臂的活動范圍大，使機(jī)器人的工作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體看群。因此沦煤，這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作赴笨，以節(jié)省占地面積涯锅，方便地面物件的流動。但是這種側(cè)置式機(jī)器人忆键，2漱南、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)，降低機(jī)器人的剛度憋庙，一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人笔喉，用于電弧焊、切割或噴涂硝皂。平行四邊形機(jī)器人其上臂是通過一根拉桿驅(qū)動的常挚。拉桿與下臂組成一個(gè)平行四邊形的兩條邊。故而得名稽物。早期開發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較醒僬薄（局限于機(jī)器人的前部），難以倒掛工作贝或。但80年代后期以來開發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人吼过，已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部、背部及底部咪奖，又沒有測置式機(jī)器人的剛度問題盗忱，從而得到普遍的重視。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人羊赵。近年來點(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)器人趟佃。
　　上述兩種機(jī)器人各個(gè)軸都是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，故采用伺取電機(jī)通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅(qū)動昧捷。在80年代中期以前揖闸，對于電驅(qū)動的機(jī)器人都是用直流伺服電機(jī)，而80年代后期以來徽榄，各國先后改用交流伺服電機(jī)阐赖。由于交流電機(jī)沒有碳刷，動特性好胰薪，使新型機(jī)器人不僅事故率低皆舅，而且免維修時(shí)間大為增長，加（減）速度也快蓄士。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)動速度可達(dá)3m/s以上特植，定位準(zhǔn)確哆卓，振動小。同時(shí)逝惑，機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法岂苏，使之具有自行優(yōu)化路徑的功能，運(yùn)行軌跡更加貼近示教的軌跡巾沟，如圖3所示限禀。
　　3．點(diǎn)焊機(jī)器人的特點(diǎn)
　　（1）點(diǎn)焊機(jī)器人的基本功能 點(diǎn)焊對所用的機(jī)器人的要求是不很高的祷安。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制姥芥，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動軌跡沒有嚴(yán)格要求。這也是機(jī)器人最早只能用于點(diǎn)焊的原因汇鞭。點(diǎn)焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力凉唐，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動作要平穩(wěn)霍骄，定位要準(zhǔn)確台囱，以減少移位的時(shí)間，提高工作效率读整。點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力簿训，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗绘沉，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了煎楣。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長车伞，電能損耗大择懂，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動而不停擺動关读，電纜的損壞較快蝶映。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗够戒。這種焊鉗連同變壓器質(zhì)量在70kg左右擦斑。考慮到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力驼牵，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接才昔，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人。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蛮昭。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能峰礁。這對電機(jī)的性能，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求腋积。

　【虾椤（2）點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備 點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備蹲自，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面乏唤，所以變壓器必須盡量小型化颗介。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器苇经，已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流赘理，使變壓器的體積減少、減輕塑陵。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接感憾，也可以再進(jìn)行二次整流蜡励，用直流電焊接令花。焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)，參見圖1b凉倚。新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化兼都，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器，無需另配接口稽寒。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗扮碧，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個(gè)電極之間的開口度一般只有兩級沖程杏糙。而且電極壓力一旦調(diào)定后是不能隨意變化的慎王。近年來出現(xiàn)一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗，如圖4所示嚼般。焊鉗的張開和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動偿股，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置棱硝。而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)堤麻。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，因?yàn)楹搞Q的張開程度是由機(jī)器人精確控制的着届，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動過程紧甫、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點(diǎn)后抢必，焊鉗一邊張開匀洪，機(jī)器人就可以一邊位移，不必等機(jī)器人到位后焊鉗才閉會或焊鉗完全張開后機(jī)器人再移動耗鲸；
　　2）焊鉗張開度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整厕扼，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少張開度，以節(jié)省焊鉗開度蔓献，以節(jié)省焊鉗開合所占的時(shí)間歪榕。
　　3）焊鉗閉合加壓時(shí)基公，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合宋欺，減少撞擊變形和噪聲轰豆。
　　4．弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)
　　（1）弧焊用機(jī)器人的基本功能 弧焊過程比點(diǎn)焊過程要復(fù)雜得多齿诞，工具中心點(diǎn)（TCP）酸休，也就是焊絲端頭的運(yùn)動軌跡、焊槍姿態(tài)祷杈、焊接參數(shù)都要求精確控制斑司。所以，弧焊用機(jī)器人除了前面所述的一般功能外但汞，還必須具備一些適合弧焊要求的功能宿刮。
　　雖然從理論上講，有5個(gè)軸的機(jī)器人就可以用于電弧焊私蕾，但是對復(fù)雜形狀的焊縫僵缺，用5個(gè)軸的機(jī)器人會有困難。因此踩叭，除非焊縫比較簡單磕潮，否則應(yīng)盡量選用6軸機(jī)器人。
　　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)锋辩，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外暖经，還應(yīng)具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時(shí)選用叽燃，以便作擺動焊缕沟，而且擺動在每一周期中的停頓點(diǎn)處，機(jī)器人也應(yīng)自動停止向前運(yùn)動符固，以滿足工藝要求族江。此外，還應(yīng)有接觸尋位拓肉、自動尋找焊縫起點(diǎn)位置站号、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。
　〈衽蟆（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尔减、MIG、TIG）券亚，通常的晶閘管式缓艳、逆變式、波形控制式看峻、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊阶淘。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制衙吩，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口溪窒。近年來坤塞，國外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板澈蚌、所以在圖1a中的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱摹芙。應(yīng)該指出，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大宛瞄，因此在選擇焊接電源時(shí)浮禾，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。
　　送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上份汗，也可以放在機(jī)器人之外盈电，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性琴市，而后者軟管校長邑丰，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置伸危，使軟管處于多彎曲狀態(tài)殊馋，會嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量。所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題欺邻。
二．焊接機(jī)器人的應(yīng)用
　　國際上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年嗤舀。我國工廠從90年代開始，應(yīng)用焊接機(jī)器人的步伐也顯著加快橘抵。應(yīng)該明確工杀，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。國內(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)焊接過程中無需變位甲脚，就可以用夾具把工件定位在工作臺面上估裁，這種系統(tǒng)既是最簡單不過的了。但在實(shí)際生產(chǎn)中帽拘，更多的工件在焊接時(shí)需要變位吠谐，使焊縫處在較好的位置（姿態(tài)）下焊接。對于這種情況坡疼，變位機(jī)與機(jī)器人可以是分別運(yùn)動彬呻，即變位機(jī)變位后機(jī)器人再焊接；也可以是同時(shí)運(yùn)動柄瑰，即變位機(jī)一邊變位闸氮，機(jī)器人一邊焊接革睬，也就是常說的變位機(jī)與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動柄豹。這時(shí)變位機(jī)的運(yùn)動及機(jī)器人的運(yùn)動復(fù)合心铃，使焊槍相對于工件的運(yùn)動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態(tài)的要求蟹地。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，這種焊接機(jī)器人系統(tǒng)可以多達(dá)7-20個(gè)軸或悲，或更多镐作。最新的機(jī)器人控制柜可以是兩臺機(jī)器人的組合作12個(gè)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動。其中一臺是焊接機(jī)器人隆箩、另一臺是搬運(yùn)機(jī)器人作變位機(jī)用该贾。
　　2. 焊接機(jī)器人生產(chǎn)線
焊接機(jī)器人生產(chǎn)線比較簡單的是把多臺工作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線仍然保持單站的特點(diǎn)捌臊，即每個(gè)站只能用選定的工件夾具及焊接機(jī)器人的程序來焊接預(yù)定的工件杨蛋，在更改夾具及程序之前的一段時(shí)間內(nèi)，這條線是不能焊其他工件的肘认。
　　另一種是焊接柔性生產(chǎn)線（FMS-W）蛹段。柔性線也是由多個(gè)站組成舞铝，不同的是被焊工件都裝卡在統(tǒng)一形式的托盤上捞书，而托盤可以與線上任何一個(gè)站的變位機(jī)相配合并被自動卡緊。焊接機(jī)器人系統(tǒng)首先對托盤的編號或工件進(jìn)行識別毁设，自動調(diào)出焊接這種工件的程序進(jìn)行焊接佣锁。這樣每一個(gè)站無需作任何調(diào)整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個(gè)軌道子母車厢卖，子母車可以自動將點(diǎn)固好的工件從存放工位取出擎津，再送到有空位的焊接機(jī)器人工作站的變位機(jī)上。也可以從工作站上把焊好的工件取下啊嘁，送到成品件流出位置朵聪。整個(gè)柔性焊接生產(chǎn)線由一臺調(diào)度計(jì)算機(jī)控制。因此干际，只要白天裝配好足夠多的工件亮花，并放到存放工位上弓熏，夜間就可以實(shí)現(xiàn)無人或少人生產(chǎn)了恋谭。
　　工廠選用哪種自動化焊接生產(chǎn)形式硝烂，必須根據(jù)工廠的實(shí)際情況及素要而定。焊接專機(jī)適合批量大滞谢，改型慢的產(chǎn)品，而且工件的焊縫數(shù)量較少母截、較長到忽，形狀規(guī)矩（直線清寇、圓形）的情況喘漏；焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn)华烟，被焊工件的焊縫可以短而多塞补，形狀較復(fù)雜。柔性焊接線特別適合產(chǎn)品品種多径瘪，每批數(shù)量又很少的情況喻丐，目前國外企業(yè)正在大力推廣無（少）庫存，按訂單生產(chǎn)（JIT）的管理方式患敢，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適的。

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