1．焊接機器人

焊接機器人是從(cong) 事焊接（包括切割與(yu) 噴塗）的工業(ye) 機器人。根據國際標準化組織（ISO）工業(ye) 機器人術語標準的定義(yi) ，工業(ye) 機器人是一種多用途的、可重複編程的自動控製操作機（Manipulator），具有三個(ge) 或更多可編程的軸，用於(yu) 工業(ye) 自動化領域。為(wei) 了適應不同的用途，機器人最後一個(ge) 軸的機械接口，通常是一個(ge) 連接法蘭(lan) ，可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業(ye) 機器人的末軸法蘭(lan) 裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴塗。

1. 焊接機器人的組成
 

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩(liang) 部分。機器人由機器人本體(ti) 和控製櫃（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為(wei) 例，則由焊接電源，（包括其控製係統）、送絲(si) 機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對於(yu) 智能機器人還應有傳(chuan) 感係統，如激光或攝像傳(chuan) 感器及其控製裝置等。圖1a、b表示弧焊機器人和點焊機器人的基本組成。

2．焊接用機器人的主要結構形式及性能
 

世界各國生產(chan) 的焊接用機器人基本上都屬關(guan) 節式機器人，絕大部分有6個(ge) 軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決(jue) 工具姿態的不同要求。焊接機器人本體(ti) 的機械結構主要有兩(liang) 種形式：一種為(wei) 平行四邊形結構，一種為(wei) 側(ce) 置式（擺式）結構，如圖2a、b所示。側(ce) 置式（擺式）結構的主要優(you) 點是上、下臂的活動範圍大，使機器人的工作空間幾乎能達一個(ge) 球體(ti) 。因此，這種機器人可倒掛在機架上工作，以節省占地麵積，方便地麵物件的流動。但是這種側(ce) 置式機器人，2、3軸為(wei) 懸臂結構，降低機器人的剛度，一般適用於(yu) 負載較小的機器人，用於(yu) 電弧焊、切割或噴塗。平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉杆驅動的。拉杆與(yu) 下臂組成一個(ge) 平行四邊形的兩(liang) 條邊。故而得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小（局限於(yu) 機器人的前部），難以倒掛工作。但80年代後期以來開發的新型平行四邊形機器人，已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部，又沒有測置式機器人的剛度問題，從(cong) 而得到普遍的重視。這種結構不僅(jin) 適合於(yu) 輕型也適合於(yu) 重型機器人。近年來點焊用機器人（負載100～150kg）大多選用平行四邊形結構形式的機器人。

上述兩(liang) 種機器人各個(ge) 軸都是作回轉運動，故采用伺取電機通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動。在80年代中期以前，對於(yu) 電驅動的機器人都是用直流伺服電機，而80年代後期以來，各國先後改用交流伺服電機。由於(yu) 交流電機沒有碳刷，動特性好，使新型機器人不僅(jin) 事故率低，而且免維修時間大為(wei) 增長，加（減）速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達3m/s以上，定位準確，振動小。同時，機器人的控製櫃也改用32位的微機和新的算法，使之具有自行優(you) 化路徑的功能，運行軌跡更加貼近示教的軌跡，如圖3所示。

3．點焊機器人的特點

（1）點焊機器人的基本功能 點焊對所用的機器人的要求是不很高的。因為(wei) 點焊隻需點位控製，至於(yu) 焊鉗在點與(yu) 點之間的移動軌跡沒有嚴(yan) 格要求。這也是機器人最早隻能用於(yu) 點焊的原因。點焊用機器人不僅(jin) 要有足夠的負載能力，而且在點與(yu) 點之間移位時速度要快捷，動作要平穩，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力，取決(jue) 於(yu) 所用的焊鉗形式。對於(yu) 用與(yu) 變壓器分離的焊鉗，30～45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方麵由於(yu) 二次電纜線長，電能損耗大，也不利於(yu) 機器人將焊鉗伸入工件內(nei) 部焊接；另一方麵電纜線隨機器人運動而不停擺動，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體(ti) 式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右。考慮到機器人要有足夠的負載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接，一般都選用100～150kg負載的重型機器人。為(wei) 了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內(nei) 完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。
 

（2）點焊機器人的焊接裝備 點焊機器人的焊接裝備，由於(yu) 采用了一體(ti) 化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗後麵，所以變壓器必須盡量小型化。對於(yu) 容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對於(yu) 容量較大的變壓器，已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為(wei) 600～700Hz交流，使變壓器的體(ti) 積減少、減輕。變壓後可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進行二次整流，用直流電焊接。焊接參數由定時器調節，參見圖1b。新型定時器已經微機化，因此機器人控製櫃可以直接控製定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩(liang) 個(ge) 電極之間的開口度一般隻有兩(liang) 級衝(chong) 程。而且電極壓力一旦調定後是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗，如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定並預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優(you) 點：

1）每個(ge) 焊點的焊接周期可大幅度降低，因為(wei) 焊鉗的張開程度是由機器人精確控製的，機器人在點與(yu) 點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點後，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位後焊鉗才閉會(hui) 或焊鉗完全張開後機器人再移動；

2）焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，隻要不發生碰撞或幹涉盡可能減少張開度，以節省焊鉗開度，以節省焊鉗開合所占的時間。

3）焊鉗閉合加壓時，不僅(jin) 壓力大小可以調節，而且在閉合時兩(liang) 電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。

4．弧焊機器人的特點

（1）弧焊用機器人的基本功能 弧焊過程比點焊過程要複雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲(si) 端頭的運動軌跡、焊槍姿態、焊接參數都要求精確控製。所以，弧焊用機器人除了前麵所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。

雖然從(cong) 理論上講，有5個(ge) 軸的機器人就可以用於(yu) 電弧焊，但是對複雜形狀的焊縫，用5個(ge) 軸的機器人會(hui) 有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應盡量選用6軸機器人。

弧焊機器人除前麵圖2提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時，其軌跡應能貼近示教的軌跡之外，還應具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。

（2）弧焊機器人用的焊接設備 弧焊機器人多采用氣體(ti) 保護焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控製式、脈衝(chong) 或非脈衝(chong) 式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由於(yu) 機器人控製櫃采用數字控製，而焊接電源多為(wei) 模擬控製，所以需要在焊接電源與(yu) 控製櫃之間加一個(ge) 接口。近年來，國外機器人生產(chan) 廠都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內(nei) 已經播人相應的接口板、所以在圖1a中的弧焊機器人係統中並沒有附加接口箱。應該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續率100％來確定電源的容量。 #p#分頁標題#e#

送絲(si) 機構可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲(si) 機之間的軟管較短，有利於(yu) 保持送絲(si) 的穩定性，而後者軟管校長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處於(yu) 多彎曲狀態，會(hui) 嚴(yan) 重影響送絲(si) 的質量。所以送絲(si) 機的安裝方式一定要考慮保證送絲(si) 穩定性的問題。

2．焊接機器人的應用

國際上80年代是焊接機器人在生產(chan) 中應用發展最快的10年。我國工廠從(cong) 90年代開始，應用焊接機器人的步伐也顯著加快。應該明確，焊接機器人必須配備相應的外圍設備組成一個(ge) 焊接機器人係統才有意義(yi) 。國內(nei) 外應用較多的焊接機器人係統有如下幾種形式：

1. 焊接機器人工作站（單元）

如果工件在整個(ge) 焊接過程中無需變位，就可以用夾具把工件定位在工作台麵上，這種係統既是最簡單不過的了。但在實際生產(chan) 中，更多的工件在焊接時需要變位，使焊縫處在較好的位置（姿態）下焊接。對於(yu) 這種情況，變位機與(yu) 機器人可以是分別運動，即變位機變位後機器人再焊接；也可以是同時運動，即變位機一邊變位，機器人一邊焊接，也就是常說的變位機與(yu) 機器人協調運動。這時變位機的運動及機器人的運動複合，使焊槍相對於(yu) 工件的運動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態的要求。實際上這時變位機的軸已成為(wei) 機器人的組成部分，這種焊接機器人係統可以多達7-20個(ge) 軸，或更多。最新的機器人控製櫃可以是兩(liang) 台機器人的組合作12個(ge) 軸協調運動。其中一台是焊接機器人、另一台是搬運機器人作變位機用。

2. 焊接機器人生產(chan) 線

焊接機器人生產(chan) 線比較簡單的是把多台工作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產(chan) 線。這種生產(chan) 線仍然保持單站的特點，即每個(ge) 站隻能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來焊接預定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時間內(nei) ，這條線是不能焊其他工件的。

另一種是焊接柔性生產(chan) 線（FMS-W）。柔性線也是由多個(ge) 站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤上，而托盤可以與(yu) 線上任何一個(ge) 站的變位機相配合並被自動卡緊。焊接機器人係統首先對托盤的編號或工件進行識別，自動調出焊接這種工件的程序進行焊接。這樣每一個(ge) 站無需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個(ge) 軌道子母車，子母車可以自動將點固好的工件從(cong) 存放工位取出，再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。也可以從(cong) 工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整個(ge) 柔性焊接生產(chan) 線由一台調度計算機控製。因此，隻要白天裝配好足夠多的工件，並放到存放工位上，夜間就可以實現無人或少人生產(chan) 了。

工廠選用哪種自動化焊接生產(chan) 形式，必須根據工廠的實際情況及素要而定。焊接專(zhuan) 機適合批量大，改型慢的產(chan) 品，而且工件的焊縫數量較少、較長，形狀規矩（直線、圓形）的情況；焊接機器人係統一般適合中、小批量生產(chan) ，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較複雜。柔性焊接線特別適合產(chan) 品品種多，每批數量又很少的情況，目前國外企業(ye) 正在大力推廣無（少）庫存，按訂單生產(chan) （JIT）的管理方式，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適的。